DE102021133422A1 - Method for determining the angle of the rotor and/or the angular velocity of an electric motor, controller and motor vehicle - Google Patents

Method for determining the angle of the rotor and/or the angular velocity of an electric motor, controller and motor vehicle Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zur Ermittlung des Winkels eines Rotors und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines Elektromotors umfasst die folgenden Schritte:- Erhalten eines ersten Rotorpositionssignals (P1) von einem ersten Rotorpositionssensor (16) und eines zweiten Rotorpositionssignals (P2) von einem zweiten Rotorpositionssensor (17) durch einen Regler (14), und- Ermitteln des Winkels (ϕ) des Rotors (20) und/oder der Winkelgeschwindigkeit (ω) mittels eines Filtermoduls (36) des Reglers (14), wobei das Filtermodul das erste Rotorpositionssignal (P1) und das zweite Rotorpositionssignal (P2) zusammen jeweils als eine komplexe Winkelfunktion (K1, K2) verarbeitet.A method for determining the angle of a rotor and/or the angular velocity of an electric motor comprises the following steps:- Obtaining a first rotor position signal (P1) from a first rotor position sensor (16) and a second rotor position signal (P2) from a second rotor position sensor (17). a controller (14), and- determining the angle (ϕ) of the rotor (20) and/or the angular velocity (ω) by means of a filter module (36) of the controller (14), wherein the filter module uses the first rotor position signal (P1) and the second rotor position signal (P2) processed together in each case as a complex angle function (K1, K2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Winkels des Rotors und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines Elektromotors, einen Regler sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for determining the angle of the rotor and/or the angular velocity of an electric motor, a controller and a motor vehicle.

Der Winkel bzw. die Winkelstellung des Rotors gibt dabei die Position des Rotors im Elektromotor an.The angle or the angular position of the rotor indicates the position of the rotor in the electric motor.

Elektromotoren werden in Kraftfahrzeugen als Antrieb verwendet, um elektrische Energie in Vortrieb umzuwandeln. Hierfür wird am Stator des Elektromotors ein Drehfeld erzeugt, sodass der magnetische Rotor des Elektromotors im magnetischen Feld des Stators rotiert. Die Drehzahl und die Leistung des Motors sind von der Drehzahl des Rotors abhängig und damit von dem am Stator angelegten magnetischen Feld.Electric motors are used in motor vehicles as a drive to convert electrical energy into propulsion. For this purpose, a rotating field is generated on the stator of the electric motor, so that the magnetic rotor of the electric motor rotates in the magnetic field of the stator. The speed and power of the motor depend on the speed of the rotor and thus on the magnetic field applied to the stator.

Um einen effizienten Übertrag der elektrischen Energie in mechanischen Vortrieb zu gewährleisten, ist ein gewisser Winkel- bzw. Phasenversatz zwischen angelegtem magnetischem Feld und dem Rotor notwendig. Deshalb ist eine präzise Positionsbestimmung des Rotors, also eine präzise Ermittlung des Winkels des Rotors, und eine präzise Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors notwendig.In order to ensure an efficient transfer of electrical energy into mechanical propulsion, a certain angle or phase offset between the applied magnetic field and the rotor is necessary. Therefore, a precise determination of the position of the rotor, ie a precise determination of the angle of the rotor, and a precise determination of the angular velocity of the electric motor is necessary.

Hierfür ist es auf dem Stand der Technik bekannt, die Signale eines Rotorpositionssensors mittels einer komplexen Winkelfunktion und einem Filter zu verarbeiten. Ein solches Verfahren zeigt beispielsweise die DE 10 2019 122 558 B4 .For this purpose, it is known from the prior art to process the signals from a rotor position sensor using a complex trigonometric function and a filter. Such a method is shown, for example, in DE 10 2019 122 558 B4 .

Allerdings führen bei dem bekannten Stand der Technik intrinsische Fehler des Rotorpositionssensors zu Ungenauigkeiten bei der Bestimmung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit führen, wodurch die Effizienz der Übertragung verringert ist.However, in the known prior art, intrinsic errors in the rotor position sensor lead to inaccuracies in the determination of the angle and/or the angular velocity, as a result of which the efficiency of the transmission is reduced.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, das aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Ermittlung des Winkels des Rotors und/oder der Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors zu verbessern.It is therefore the object of the invention to improve the method known from the prior art for determining the angle of the rotor and/or the angular velocity of the electric motor.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung des Winkels des Rotors und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines Elektromotors. Der Elektromotor weist einen Rotor und einen Stator mit zumindest einer Spule auf, insbesondere mit drei Spulen, und das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • - Erhalten eines ersten Rotorpositionssignals von einem ersten Rotorpositionssensor und eines zweiten Rotorpositionssignals von einem zweiten Rotorpositionssensor durch einen Regler, wobei das erste und das zweite Rotorpositionssignal jeweils einen Positionswert entlang einer ersten von zwei Achsen in der Rotationsebene des Rotors und einen zweiten Positionswert entlang der zweiten der beiden Achsen umfasst, wobei die Rotorpositionssignale mehrere Ordnungen enthalten, und
  • - Ermitteln des Winkels des Rotors und/oder der Winkelgeschwindigkeit mittels eines Filtermoduls des Reglers, wobei das Filtermodul das erste Rotorpositionssignal und das zweite Rotorpositionssignal zusammen jeweils als eine komplexe Winkelfunktion verarbeitet.
The task is solved by a method for determining the angle of the rotor and/or the angular velocity of an electric motor. The electric motor has a rotor and a stator with at least one coil, in particular with three coils, and the method comprises the following steps:
  • - obtaining a first rotor position signal from a first rotor position sensor and a second rotor position signal from a second rotor position sensor by a controller, the first and second rotor position signals each having a position value along a first of two axes in the plane of rotation of the rotor and a second position value along the second of the both axes, the rotor position signals containing multiple orders, and
  • - Determining the angle of the rotor and/or the angular velocity by means of a filter module of the controller, the filter module processing the first rotor position signal and the second rotor position signal together, each as a complex angular function.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Rotorpositionssignale verschiedener Rotationspositionssensoren als komplexe Winkelfunktion zusammen in einem Regler verarbeitet werden können. Dabei werden die Positionswerte entlang beider Achsen jedes Rotorpositionssensors, also jedes Rotorpositionssignal, im Regler als komplexe Winkelfunktion verarbeitet. Auf diese Weise werden im Regler redundante Informationen verarbeitet, sodass die Genauigkeit der Bestimmung des Winkels verbessert wird. Außerdem werden durch die Verwendung von Rotorpositionssignalen verschiedener Rotorpositionssensoren sensorintrinsische Fehler eines einzelnen Rotorpositionssensors verringert und auf diese Weise das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren verbessert.The invention is based on the finding that the rotor position signals from various rotational position sensors can be processed together in a controller as a complex angular function. The position values along both axes of each rotor position sensor, i.e. each rotor position signal, are processed in the controller as a complex angle function. In this way, redundant information is processed in the controller, so that the accuracy of the angle determination is improved. In addition, by using rotor position signals from different rotor position sensors, sensor-intrinsic errors of a single rotor position sensor are reduced and the method known from the prior art is improved in this way.

Mit anderen Worten stellen die Rotorpositionssensoren zueinander redundante Informationen bereit. Durch die Kombination dieser Daten kann dann die Genauigkeit der Ermittlung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit verbessert werden. Dies wird allgemein auch als Datenfusion der Sensordaten der verschiedenen Rotorpositionssensoren bezeichnet.In other words, the rotor position sensors provide mutually redundant information. The combination of this data can then improve the accuracy of the determination of the angle and/or the angular velocity. This is also commonly referred to as data fusion of the sensor data from the various rotor position sensors.

Jeder Rotorpositionssensor stellt im Allgemeinen ein analoges Rotorpositionssignal bereit, das mit einer gewissen Abtastzeit abgetastet wird. Dementsprechend sind die vom Regler erhaltenen Rotorpositionssignale diskret. Die Abtastzeit jedes Rotorpositionssignals ist beispielsweise durch den entsprechenden Rotorpositionssensor und/oder den Regler vorgegeben.Each rotor position sensor generally provides an analog rotor position signal that is sampled with a certain sample time. Accordingly, the rotor position signals received from the controller are discrete. The sampling time of each rotor position signal is predetermined, for example, by the corresponding rotor position sensor and/or the controller.

Da die Abtastzeit des Rotorpositionssensors verglichen zur Periodendauer der Rotation des Rotors sehr gering ist, sind die Rotorpositionssignale nahezu kontinuierlich. Somit können die Rotorpositionssignale als trigonometrische Reihe beschrieben werden.Since the sampling time of the rotor position sensor is very short compared to the period of rotation of the rotor, the rotor position signals are almost continuous. Thus, the rotor position signals can be described as a trigonometric series.

Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Filtermodul einen Phasenversatz zwischen dem ersten und dem zweiten Rotorpositionssignal bestimmt und bei der Ermittlung des Winkels des Rotors und/oder der Winkelgeschwindigkeit berücksichtigt. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Bestimmung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit weiter verbessert.One aspect of the invention provides that the filter module determines a phase offset between the first and the second rotor position signal and takes it into account when determining the angle of the rotor and/or the angular velocity. In this way, the accuracy of the determination of the angle and/or the angular velocity is further improved.

Der Regler kann anhand der Rotorpositionssignale auf den Funktionszustand der beiden Rotorpositionssensoren schließen. Dabei berücksichtigt der Regler bei einem erkannten Fehlerzustand eines der Rotorpositionssensoren das entsprechende Rotorpositionssignal nicht bei der Auswertung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit. Auf diese Weise kann zum einen die Genauigkeit der Bestimmung des Winkels erhöht werden (falls beide Rotorpositionssensoren ordnungsgemäß funktionieren) und zum anderen wird eine Redundanz des ganzen Systems gewährleistet. Durch den Ausschluss des Rotorpositionssignals des nicht funktionsfähigen Rotorpositionssensors wird dabei die Auswertung durch die fehlerhaften Daten nicht beeinflusst. Fehlerhafte Daten werden also bei der Auswertung unberücksichtigt verworfen, wobei aufgrund der Datenfusion dennoch genügend Daten vorliegen, um eine ausreichende Auswertung zu gewährleisten.The controller can use the rotor position signals to deduce the functional status of the two rotor position sensors. When a fault condition is detected in one of the rotor position sensors, the controller does not take the corresponding rotor position signal into account when evaluating the angle and/or the angular velocity. In this way, on the one hand, the accuracy of the determination of the angle can be increased (if both rotor position sensors are functioning properly) and, on the other hand, redundancy of the entire system is ensured. By excluding the rotor position signal from the non-functional rotor position sensor, the evaluation is not influenced by the faulty data. Erroneous data is therefore discarded without being taken into account during the evaluation, with sufficient data nevertheless being available to ensure an adequate evaluation due to the data fusion.

In einer Ausgestaltung schließt der Regler anhand des Phasenversatzes auf die Funktionszustände der Rotorpositionssensoren. In der Praxis hat sich der Phasenversatz als zuverlässige Kenngröße herausgestellt, um den Funktionszustand zu überwachen.In one embodiment, the controller uses the phase offset to infer the functional states of the rotor position sensors. In practice, the phase shift has proven to be a reliable parameter for monitoring the functional status.

Dabei überwacht der Regler insbesondere den Phasenversatz als Funktion der Zeit und kann aufgrund des Verlaufs des Phasenversatzes auf denjenigen Rotorpositionssensor schließen, der nicht ordnungsgemäß funktioniert.In this case, the regulator monitors in particular the phase offset as a function of time and, based on the course of the phase offset, can conclude which rotor position sensor is not working properly.

Im Allgemeinen ist es auch denkbar, dass der Regler zusätzliche Informationen zu den Rotorpositionssensoren erhält.In general it is also conceivable that the controller receives additional information about the rotor position sensors.

Um einen sogenannten Orthogonalitätsfehler eines Rotorpositionssensors zu kompensieren, kann das Filtermodul den Achsenwinkel zwischen den beiden Achsen jedes Rotorpositionssignals bestimmen und die Achsenwinkel während der Ermittlung des Winkles des Rotors und/oder der Winkelgeschwindigkeit berücksichtigen. Auf diese Weise wird die Genauigkeit des Verfahrens weiter verbessert.In order to compensate for a so-called orthogonality error of a rotor position sensor, the filter module can determine the axis angle between the two axes of each rotor position signal and take the axis angles into account during the determination of the angle of the rotor and/or the angular velocity. In this way, the accuracy of the method is further improved.

Dabei wird unter dem Orthogonalitätsfehler der Fehler eines Rotorpositionssensors verstanden, dass die Erfassungsrichtungen des Rotorpositionssensors nicht orthogonal zueinander sind, sondern eine Verdrehung zueinander aufweisen.The orthogonality error is understood to mean the error of a rotor position sensor in that the detection directions of the rotor position sensor are not orthogonal to one another, but are twisted relative to one another.

Der Achsenwinkel kann als Abweichung von 90° bestimmt werden. Auf diese Weise wird die Verarbeitung des Achsenwinkels bei der Ermittlung des Winkels des Rotors und/oder Winkelgeschwindigkeit vereinfacht, da das ganze System relativ zu dem Idealfall unter der Verwendung von Kosinus- und Sinusfunktionen beschrieben wird.The axis angle can be determined as a deviation from 90°. In this way the processing of the axis angle in determining the angle of the rotor and/or angular velocity is simplified since the whole system is described relative to the ideal case using cosine and sine functions.

Mit anderen Worten wird eine Phasenverschiebung zwischen den Kosinus- und Sinus-Komponenten der komplexen Winkelfunktion verwendet.In other words, a phase shift is used between the cosine and sine components of the complex trigonometric function.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden das erste Rotorpositionssignal und das zweite Rotorpositionssignal mittels eines Vorverarbeitungsmoduls vorverarbeitet, bevor sie dem Filtermodul zugeführt werden. Das Vorverarbeitungsmodul fittet eine komplexe trigonometrische Reihe an das erste und an das zweite Rotorpositionssignal und übergibt die komplexe trigonometrische Reihe als das jeweilige Rotorpositionssignal an das Filtermodul. Durch die Vorverarbeitung wird die Zeit für die Auswertung des Winkels des Rotors und/oder Winkelgeschwindigkeit verringert.In one embodiment of the invention, the first rotor position signal and the second rotor position signal are pre-processed by means of a pre-processing module before they are fed to the filter module. The pre-processing module fits a complex trigonometric series to the first and second rotor position signals and passes the complex trigonometric series to the filter module as the respective rotor position signal. The pre-processing reduces the time for evaluating the angle of the rotor and/or the angular velocity.

Der Elektromotor kann zumindest anhand des ermittelten Winkels vom Regler geregelt werden, insbesondere durch die folgenden Schritte:

  • - Bestimmen von zumindest einem Stromkorrekturwert für die zumindest eine Spule durch den Regler anhand des ermittelten Winkels, und
  • - Anpassen des Stromflusses durch die zumindest eine Spule anhand des zumindest einen Stromkorrekturwertes durch den Regler.
The electric motor can be controlled by the controller at least on the basis of the determined angle, in particular through the following steps:
  • - Determination of at least one current correction value for the at least one coil by the controller based on the determined angle, and
  • - Adaptation of the current flow through the at least one coil based on the at least one current correction value by the controller.

Auf diese Weise wird der Elektromotor direkt durch den ermittelten Winkel geregelt, sodass eine schnelle und exakte Regelung ermöglicht wird.In this way, the electric motor is controlled directly by the determined angle, enabling fast and precise control.

Das erste Rotorpositionssignal und das zweite Rotorpositionssignal können jeweils durch einen magnetoresistiven Rotorpositionssensor bereitgestellt werden. Magnetoresistive Sensoren sind robust, klein und sehr energiesparsam.The first rotor position signal and the second rotor position signal may each be provided by a magnetoresistive rotor position sensor. Magnetoresistive sensors are robust, small and very energy efficient.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf magnetoresistive Rotorpositionssensoren beschränkt. Im Allgemeinen ist jeder Rotorpositionssensor denkbar, der die Projektion der Rotationsbewegung des Rotors entlang zumindest einer Achse bereitstellt.The method according to the invention is not limited to magnetoresistive rotor position sensors. In general, any rotor position sensor that provides the projection of the rotational movement of the rotor along at least one axis is conceivable.

Beispielsweise kann einer der Rotorpositionssensoren ein Hall-Sensor, ein Wirbelstromsensor, ein optischer Inkrementalgeber, ein Resolver und/oder ein Hardware-Demodulator.For example, one of the rotor position sensors can be a Hall sensor, an eddy current sensor, an optical incremental encoder, a resolver and/or a hardware demodulator.

Die komplexe Winkelfunktion kann für den ersten Rotorpositionssensor von der Form K 1 ( t ) = i A c ,1, i ( t ) cos ( p 1 ϕ i ( t ) + Δ ϕ 1, i ) + O c ,1 ( t ) +   j [ A s ,1, i sin ( p 1 ϕ i ( t ) ) + O s ,1 ( t ) ]  

Figure DE102021133422A1_0001
und für den zweiten Rotorpositionssensor der Form K 2 ( t ) = i A c ,2, i ( t ) cos ( p 2   ϕ 2   ( t ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1,2 ) + O c ,2 ( t ) +   j [ A s ,2, i sin ( p 2 ϕ i ( t ) + + ϕ 1,2 ) + O s ,2 ( t ) ]  
Figure DE102021133422A1_0002
sein.The complex trigonometric function can be of the form for the first rotor position sensor K 1 ( t ) = i A c ,1, i ( t ) cos ( p 1 ϕ i ( t ) + Δ ϕ 1, i ) + O c ,1 ( t ) + j [ A s ,1, i sin ( p 1 ϕ i ( t ) ) + O s ,1 ( t ) ]
Figure DE102021133422A1_0001
and for the second rotor position sensor of the mold K 2 ( t ) = i A c ,2, i ( t ) cos ( p 2 ϕ 2 ( t ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1.2 ) + O c ,2 ( t ) + j [ A s ,2, i sin ( p 2 ϕ i ( t ) + + ϕ 1.2 ) + O s ,2 ( t ) ]
Figure DE102021133422A1_0002
be.

Dabei stehen die Indizes 1 und 2 für den ersten bzw. den zweiten Rotorpositionssensor, j ist die imaginäre Einheit, p1, p2 die Polpaarzahlen für den ersten und zweiten Rotorpositionssensor, ϕi(t) = ω0i · t + δi der zeitabhängige Winkel des Rotors mit einem Phasenversatz δi zwischen verschiedenen Grund- und Oberschwingungen, Δϕ1/2,i die Abweichung des Winkels der beiden Achsen von 90°, ϕ1,2 der Phasenversatz der Rotorpositionssignale, Ac,1/2,i(t) und As,1/2,i(t) die Amplituden der Grundschwingung (j = 1) und der Oberschwingungen (i > 1) des Realteils bzw. des Imaginärteils der Winkelfunktion und Oc,1/2(t) und Os,1/2(t) Offsets des Real- und Imaginärteils.The indices 1 and 2 stand for the first and the second rotor position sensor, j is the imaginary unit, p 1 , p 2 are the pole pair numbers for the first and second rotor position sensor, ϕ i (t) = ω 0i t + δ i der time-dependent angle of the rotor with a phase shift δ i between different fundamental and harmonics, Δϕ 1/2,i the deviation of the angle of the two axes from 90°, ϕ 1,2 the phase shift of the rotor position signals, A c,1/2,i (t) and A s,1/2,i (t) the amplitudes of the fundamental (j = 1) and the harmonics (i > 1) of the real and imaginary parts of the trigonometric function and O c,1/2 (t) and O s,1/2 (t) offsets of the real and imaginary parts.

Mit anderen Worten sind die Amplituden Ac,1,i(t) und As,1,i(t) die Amplituden der Grundschwingung (j = 1) und der Oberschwingungen (i > 1) des Realteils bzw. des Imaginärteils der ersten Winkelfunktion K1 und die die Amplituden Ac,2,i(t) und As,2,i(t) die Amplituden der Grundschwingung (j = 1) und der Oberschwingungen (i > 1) des Realteils bzw. des Imaginärteils der zweiten Winkelfunktion K2. Gleiches gilt auch für die anderen Parameter. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass mit diesen Winkelfunktionen eine sehr effiziente und Verarbeitung der Rotorpositionssignale möglich ist und dass der Winkel und/oder die Winkelgeschwindigkeit auf diese Weise sehr genau bestimmt werden.In other words, the amplitudes A c,1,i (t) and A s,1,i (t) are the amplitudes of the fundamental (j=1) and harmonics (i>1) of the real and imaginary parts, respectively, of the first Angle function K 1 and the amplitudes A c,2,i (t) and A s,2,i (t) the amplitudes of the fundamental (j = 1) and the harmonics (i > 1) of the real part and the imaginary part of the second angle function K 2 . The same applies to the other parameters. In practice it has turned out that with these angle functions a very efficient processing of the rotor position signals is possible and that the angle and/or the angular velocity are determined very precisely in this way.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wendet das Filtermodul einen Filter basierend auf einer komplexen Phasenregelschleife auf die komplexen Winkelfunktionen an. Solche Regler weisen den Vorteil auf, dass sie eine geringe Einschwingzeit und ein geringes Rauschen aufweisen. Somit wird der Winkel und/oder die Winkelgeschwindigkeit sehr genau ermittelt.In one embodiment of the invention, the filter module applies a filter based on a complex phase locked loop to the complex trigonometric functions. Such controllers have the advantage that they have a low settling time and low noise. The angle and/or the angular velocity is thus determined very precisely.

Dabei kann der Filter Ordnungen i>3, insbesondere i>1 unterdrücken. Durch den Filter können also bestimmte Frequenzbereiche, das heißt bestimmte Oberschwingungen der Rotorpositionssignale herausgefiltert werden, wodurch die Berechnungsgeschwindigkeit des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit erhöht wird.The filter can suppress orders i>3, in particular i>1. The filter can therefore be used to filter out certain frequency ranges, that is to say certain harmonics of the rotor position signals, which increases the calculation speed of the angle and/or the angular velocity.

In einer Ausgestaltung ist der Filter durch die folgenden Gleichungen beschrieben: θ c ,1 ( t ) = p 1 ( ω i t + δ 1, i ) + Δ ϕ 1, i ,

Figure DE102021133422A1_0003
θ s ,1 ( t ) = p 1 ( ω i t + δ 1, i ) ,
Figure DE102021133422A1_0004
θ c ,2 ( t ) = p 2 ( ω i t + δ 2, i ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1,2 ,
Figure DE102021133422A1_0005
θ s ,2 ( t ) = p 2 ( ω i t + δ 2, i ) + ϕ 1,2 ,
Figure DE102021133422A1_0006
d A c , m , i ( t ) d t = μ m ,1 , i { E c , m , i ( t ) cos ( θ c , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0007
d A s , m , i ( t ) d t = μ m ,1 , i { E s ,1, i ( t ) sin ( θ s , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0008
d O c , m ( t ) d t = μ m ,2 { E c , m , i ( t ) } ,
Figure DE102021133422A1_0009
d O s , m ( t ) d t = μ m ,2 { E s , m , i ( t ) } ,
Figure DE102021133422A1_0010
d   Δ ϕ m , i ( t ) d t = μ m ,3 ,i E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) ,
Figure DE102021133422A1_0011
d ϕ 1,2 ( t ) d t = μ 4, i + { E s ,2, i ( t ) cos ( θ s ,2 ( t ) ) E c ,2, i ( t ) sin ( θ c ,2 ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0012
d a i ( t ) d t = μ 5, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0013
d ω i ( t ) d t = μ 6, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) } + a i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0014
d ϕ i ( t t ) d t = μ 7, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) } + ω i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0015
F m , i ( t ) = A c , m , i cos ( θ c , m ( t ) ) + O c , m +   j ( A s , m , i sin ( θ s , m ( t ) ) + O s , m ) ,
Figure DE102021133422A1_0016
 
Figure DE102021133422A1_0017
E m , i ( t ) = K m ( t ) F m , i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0018
ϕ i ( t ) = ω i t + δ m , i ,
Figure DE102021133422A1_0019
In one embodiment, the filter is described by the following equations: θ c ,1 ( t ) = p 1 ( ω i t + δ 1, i ) + Δ ϕ 1, i ,
Figure DE102021133422A1_0003
θ s ,1 ( t ) = p 1 ( ω i t + δ 1, i ) ,
Figure DE102021133422A1_0004
θ c ,2 ( t ) = p 2 ( ω i t + δ 2, i ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1.2 ,
Figure DE102021133422A1_0005
θ s ,2 ( t ) = p 2 ( ω i t + δ 2, i ) + ϕ 1.2 ,
Figure DE102021133422A1_0006
i.e A c , m , i ( t ) i.e t = µ m ,1 , i { E c , m , i ( t ) cos ( θ c , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0007
i.e A s , m , i ( t ) i.e t = µ m ,1 , i { E s ,1, i ( t ) sin ( θ s , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0008
i.e O c , m ( t ) i.e t = µ m ,2 { E c , m , i ( t ) } ,
Figure DE102021133422A1_0009
i.e O s , m ( t ) i.e t = µ m ,2 { E s , m , i ( t ) } ,
Figure DE102021133422A1_0010
i.e Δ ϕ m , i ( t ) i.e t = µ m ,3 , i E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) ,
Figure DE102021133422A1_0011
i.e ϕ 1.2 ( t ) i.e t = µ 4, i + { E s ,2, i ( t ) cos ( θ s ,2 ( t ) ) E c ,2, i ( t ) sin ( θ c ,2 ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0012
i.e a i ( t ) i.e t = µ 5, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0013
i.e ω i ( t ) i.e t = µ 6, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) } + a i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0014
i.e ϕ i ( t t ) i.e t = µ 7, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) } + ω i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0015
f m , i ( t ) = A c , m , i cos ( θ c , m ( t ) ) + O c , m + j ( A s , m , i sin ( θ s , m ( t ) ) + O s , m ) ,
Figure DE102021133422A1_0016
Figure DE102021133422A1_0017
E m , i ( t ) = K m ( t ) f m , i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0018
ϕ i ( t ) = ω i t + δ m , i ,
Figure DE102021133422A1_0019

Dabei sind µm,n,i (m=1,2; n=1-6) Verstärkungsfaktoren sind, m ist ein Index für den entsprechenden Rotorpositionssensor (m=1 oder 2), d d t

Figure DE102021133422A1_0020
die zeitliche Ableitung, ai(t) die Beschleunigung, F 1 ( t ) = i = 1 n F 1, i ( t ) , F 2 ( t ) = i = 1 n F 2, i ( t )
Figure DE102021133422A1_0021
das Filtersignal mit den Filterkomponenten Fm,i(t) sowie Em,i(t) die Fehlerfunktion zwischen der komplexen Winkelfunktion Km(t) und den Filterkomponenten Fm,i(t).where µ m,n,i (m=1,2; n=1-6) are amplification factors, m is an index for the corresponding rotor position sensor (m=1 or 2), i.e i.e t
Figure DE102021133422A1_0020
the time derivative, a i (t) the acceleration, f 1 ( t ) = i = 1 n f 1, i ( t ) , f 2 ( t ) = i = 1 n f 2, i ( t )
Figure DE102021133422A1_0021
the filter signal with the filter components F m,i (t) and E m,i (t) the error function between the complex angle function K m (t) and the filter components F m,i (t).

Der Filter kann als Übertragungsfunktion im Filtermodul hinterlegt sein. Dies ermöglicht eine effiziente Verarbeitung des Rotorpositionssignals.The filter can be stored as a transfer function in the filter module. This enables efficient processing of the rotor position signal.

Mit anderen Worten ist der Filter in einem Speicher des Reglers hinterlegt.In other words, the filter is stored in a memory of the controller.

Um Zustandsinformationen zu erhalten, kann der Regler ein Diagnosemodul aufweisen, das mit dem Filtermodul signaltechnisch verbunden ist. Dabei erhält das Diagnosemodul zumindest einen ermittelten Parameter des Filters und leitet aus dem erhaltenen Parameter einen Zustand des Elektromotors, des Filters und/oder des Rotorpositionssensors ab. Der wenigstens eine Parameter wird also zur Diagnose des Elektromotors, des Rotorpositionssensors und/oder des Filters herangezogen.In order to obtain status information, the regulator can have a diagnostics module which is signal-connected to the filter module. The diagnostic module receives at least one determined parameter of the filter and derives a state of the electric motor, the filter and/or the rotor position sensor from the parameter received. The at least one parameter is therefore used to diagnose the electric motor, the rotor position sensor and/or the filter.

Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch einen Regler für ein Kraftfahrzeug gelöst, wobei der Regler dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Hinsichtlich der Vorteile und Merkmale wird auf die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen, die gleichermaßen für den Regler gelten.The object is also achieved according to the invention by a controller for a motor vehicle, the controller being designed to carry out a method according to the invention. With regard to the advantages and features, reference is made to the above explanations relating to the method according to the invention, which apply equally to the controller.

Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor und einem erfindungsgemäßen Regler. Es ergeben sich die bereits bezüglich des Verfahrens und des Reglers ausgeführten Vorteile und Merkmale.In addition, the object is achieved according to the invention by a motor vehicle with an electric motor and a controller according to the invention. The advantages and features already explained with regard to the method and the controller result.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

  • - 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Regler,
  • - 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Elektromotors und des erfindungsgemäßen Reglers aus 1,
  • - 3 ein detailliertes Blockschaltbild des Elektromotors und des erfindungsgemäßen Reglers aus 2, und
  • - 4 ein Blockschaltbild eines Filtermoduls aus 3.
Further features and advantages of the invention result from the following description and from the accompanying drawings, to which reference is made below. In the drawings show:
  • - 1 a schematic side view of a motor vehicle according to the invention with a controller according to the invention,
  • - 2 a schematic block diagram of an electric motor and the controller according to the invention 1 ,
  • - 3 a detailed block diagram of the electric motor and the controller according to the invention 2 , and
  • - 4 a block diagram of a filter module 3 .

1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs 10, das einen Elektromotor 12 und ein Regler 14 hat. Der Elektromotor 12 ist mit den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 verbunden und sorgt für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs 10. Dabei kann das Kraftfahrzeug 10 ein Elektrokraftfahrzeug oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug sein. 1 12 shows a schematic side view of a motor vehicle 10 having an electric motor 12 and a controller 14. FIG. The electric motor 12 is connected to the wheels of the motor vehicle 10 and provides for the propulsion of the motor vehicle 10. The motor vehicle 10 can be an electric motor vehicle or a hybrid electric motor vehicle.

Das Blockschaltbild der 2 zeigt den Elektromotor 12, den Regler 14, einen ersten Rotorpositionssensor 16 und einen zweiten Rotorpositionssensor 17 im Detail.The block diagram of 2 FIG. 1 shows the electric motor 12, the controller 14, a first rotor position sensor 16 and a second rotor position sensor 17 in detail.

Der Elektromotor 12 ist zum Beispiel eine bekannte Synchron-Drehstrommaschine und hat einen Stator 18 und einen Rotor 20.The electric motor 12 is, for example, a known synchronous three-phase machine and has a stator 18 and a rotor 20.

Der Stator 18 umschließt den Rotor 20 und hat an seiner Innenseite, also an der Seite des Stators 18, die dem Rotor 20 gegenüberliegt, drei Elektromagnete 22.The stator 18 encloses the rotor 20 and has three electromagnets 22 on its inside, i.e. on the side of the stator 18 which is opposite the rotor 20.

Die drei Elektromagnete 22 sind in einem Winkel von 120° versetzt zueinander angeordnet und in einer an sich bekannten Art und Weise wird durch die Anlegung einer Spannung an den Elektromagneten 22, genauer gesagt an Spulen 24, eine Rotation des magnetischen Rotors 20 (dargestellt durch einen Nordpol N und einen Südpol S in 3) erzeugt.The three electromagnets 22 are offset from one another at an angle of 120° and, in a manner known per se, the application of a voltage to the electromagnet 22, more precisely to coils 24, causes the magnetic rotor 20 to rotate (represented by a north pole N and a south pole S in 3 ) generated.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel rotiert der Rotor 20 mit einer Winkelgeschwindigkeit w um eine Rotationsachse 26 und der Rotor 20 weist einen Winkel ϕ gegenüber einer ersten Achse 30 auf.In the exemplary embodiment shown, the rotor 20 rotates at an angular velocity w about an axis of rotation 26 and the rotor 20 has an angle φ with respect to a first axis 30 .

Die Rotation des Rotors 20 um die Rotationsachse 26 definiert dabei eine Rotationsebene 28, die durch Achsen 30, 32 der entsprechenden Rotorpositionssensoren 16, 17 aufgespannt sind. Dabei weisen die Achsen 30, 32 einen Winkel α zueinander auf.The rotation of the rotor 20 about the axis of rotation 26 defines a plane of rotation 28 which is spanned by axes 30, 32 of the corresponding rotor position sensors 16, 17. The axes 30, 32 have an angle α to each other.

Im Allgemeinen ist der Winkel α dabei für den ersten und zweiten Rotorpositionssensor 16, 17 verschieden.In general, the angle α is different for the first and second rotor position sensors 16, 17.

Die Rotorpositionssensoren 16, 17 sind magnetoresistive Sensoren und erfassen die Rotationsbewegung des Rotors 20 dementsprechend berührungslos. The rotor position sensors 16, 17 are magnetoresistive sensors and accordingly detect the rotational movement of the rotor 20 without contact.

Genauer gesagt stellt jeder Rotorpositionssensor 16, 17 ein Rotorpositionssignal P1, P2 bereit. Das heißt der erste Rotorpositionssensor 16 stellt das erste Rotorpositionssignal P1 und der zweite Rotorpositionssensor 17 das zweite Rotorpositionssignal P2 bereit.More specifically, each rotor position sensor 16, 17 provides a rotor position signal P 1 , P 2 . This means that the first rotor position sensor 16 provides the first rotor position signal P 1 and the second rotor position sensor 17 provides the second rotor position signal P 2 .

Jedes Rotorpositionssignal P1, P2 weist einen Positionswert entlang der ersten Achse 30 und einen entlang der zweiten Achse 32 auf. Im Blockschaltbild der 3 sind die Positionswerte beispielhaft für das erste Rotorpositionssignal P1 gezeigt.Each rotor position signal P 1 , P 2 has a position value along the first axis 30 and one along the second axis 32 . In the block diagram of 3 the position values are shown as an example for the first rotor position signal P 1 .

Um eine möglichst genaue Bestimmung des Winkels ϕ und der Winkelgeschwindigkeit ω zu erhalten, verarbeitet der Regler 14 die Rotorpositionssignale P1, P2 gemeinsam. Der Regler 14 führt also eine Art Datenfusion vom ersten Rotorpositionssignal P1 mit dem zweiten Rotorpositionssignal P2 durch.In order to obtain the most accurate possible determination of the angle φ and the angular velocity ω, the controller 14 processes the rotor position signals P 1 , P 2 together. The controller 14 thus performs a type of data fusion of the first rotor position signal P 1 with the second rotor position signal P 2 .

Für diese Datenfusion ist im Regler 14 ein Verfahren implementiert, das im Folgenden anhand der 3 und 4 erläutert wird.For this data fusion, a method is implemented in the controller 14, which is based on the below 3 and 4 is explained.

In einem ersten Schritt erhält der Regler 14 die Rotorpositionssignale P1, P2 von dem Rotorpositionssensor 16.In a first step, the controller 14 receives the rotor position signals P 1 , P 2 from the rotor position sensor 16.

Genauer gesagt wird das erste Rotorpositionssignal P1 an ein erstes Vorverarbeitungsmodul 34 und das zweite Rotorpositionssignal P2 an ein zweites Vorverarbeitungsmodul 35 übergeben.More precisely, the first rotor position signal P 1 is passed to a first pre-processing module 34 and the second rotor position signal P 2 is passed to a second pre-processing module 35 .

Die Vorverarbeitungsmodule 34, 35 bestimmen dann aus den Rotorpositionssignalen P1, P2 komplexe Winkelfunktionen K1, K2 der Form K = R + j I ,

Figure DE102021133422A1_0022
wobei j die imaginäre Einheit ist, R der Realteil und I der Imaginärteil der komplexen Winkelfunktion.The pre-processing modules 34, 35 then determine from the rotor position signals P 1 , P 2 complex trigonometric functions K 1 , K 2 of the form K = R + j I ,
Figure DE102021133422A1_0022
where j is the imaginary unit, R is the real part and I is the imaginary part of the complex trigonometric function.

Die Funktionsweise des Vorverarbeitungsmoduls 34 und des Filtermoduls 36 wird im Folgenden anhand eines Beispiels erläutert. Hierfür wird angenommen, dass die Rotorpositionssignale P1, P2 als zeitabhängige Rotorpositionssignale P1(t), P2(t) an das Vorverarbeitungsmodul 34 übergeben werden.The mode of operation of the preprocessing module 34 and the filter module 36 is explained below using an example. For this purpose it is assumed that the rotor position signals P 1 , P 2 are transferred to the pre-processing module 34 as time-dependent rotor position signals P 1 (t), P 2 (t).

Die zeitabhängigen Rotorpositionssignale P1(t) P2(t) setzen sich jeweils aus der Bewegung xm,1(t) = Ac,m,1 cos(pm · (ω · t + δ1,m)) entlang der ersten Achse 30, aus der Bewegung xm,2(t) = As,m,1 sin(pm · ω · t + δ1,m)) des Rotors 20 entlang der zweiten Achse 32 zusammen und jeweiligen Fehlertermen xm,F1(t),xm,F2(t). Dabei ist δ1 der Startwinkel des Rotors 20 zum Zeitpunkt t = 0, pm die Polpaarzahlen für den ersten und zweiten Rotorpositionssensor 16, 17, der Winkel ϕ(t) des Rotors 20 ist gegeben durch ϕ(t) = ω · t + δ1,m und m ist der Index für das erste oder zweite Rotorpositionssignal P1, P2, das heißt m=1 oder 2.The time-dependent rotor position signals P 1 (t) P 2 (t) are each composed of the movement x m,1 (t) = A c,m,1 cos(p m *(ω * t + δ 1,m )) along of the first axis 30, is composed of the movement x m,2 (t) = A s,m,1 sin( pm * ω * t + δ 1,m )) of the rotor 20 along the second axis 32 and respective error terms x m,F1 (t),x m,F2 (t). In this case, δ 1 is the starting angle of rotor 20 at time t=0, p m is the number of pole pairs for the first and second rotor position sensors 16, 17, the angle φ(t) of rotor 20 is given by φ(t) = ω t + δ 1,m and m is the index for the first or second rotor position signal P 1 , P 2 , i.e. m=1 or 2.

Die Polpaarzahl pm ist neben den tatsächlichen Anzahl an Polen des Elektromotors 12 auch von dem Sensorprinzip des ersten und des zweiten Rotorpositionssensors 16, 17 abhängig. Entsprechend können sich bei einem Elektromotor 12 unterschiedliche Polpaarzahlen pm für die Rotorpositionssensoren 16, 17 ergeben.In addition to the actual number of poles of the electric motor 12, the number of pole pairs p m is also dependent on the sensor principle of the first and second rotor position sensors 16, 17. Correspondingly, in the case of an electric motor 12, different numbers of pole pairs p m can result for the rotor position sensors 16, 17.

Dementsprechend sind die Rotorpositionssignale in der komplexen Notation gegeben durch: P 1 ( t ) = x 1,1 ( t ) + x 1, F 1 ( t ) + j ( x 1,2 ( t ) + x 1, F 2 ( t ) ) ,  

Figure DE102021133422A1_0023
und P 2 ( t ) = x 2,1 ( t ) + x 2, F 1 ( t ) + j ( x 2,2 ( t ) + x 2, F 2 ( t ) ) .
Figure DE102021133422A1_0024
Accordingly, in complex notation, the rotor position signals are given by: P 1 ( t ) = x 1.1 ( t ) + x 1, f 1 ( t ) + j ( x 1.2 ( t ) + x 1, f 2 ( t ) ) ,
Figure DE102021133422A1_0023
and P 2 ( t ) = x 2.1 ( t ) + x 2, f 1 ( t ) + j ( x 2.2 ( t ) + x 2, f 2 ( t ) ) .
Figure DE102021133422A1_0024

Die Fehlerterme xF1(t), xF2(t) sind die jeweiligen Projektionen der Summe der unerwünschten Signale, wie Oberschwingungen, Offsets, Phasenversätze zwischen den Rotorpositionssignalen, Orthogonalitätsfehler und/oder Verstärkungsfehler entlang der beiden Achsen 30, 32.The error terms x F1 (t), x F2 (t) are the respective projections of the sum of the unwanted signals, such as harmonics, offsets, phase shifts between the rotor position signals, orthogonality errors and/or gain errors along the two axes 30, 32.

Diese Fehler entstehen beispielsweise durch die Messung der Rotorpositionssensoren 16, 17 durch die Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales und/oder sind das Resultat eines Streufeldes. Ferner können die Fehlerterme auch durch Fehler in der Auswertungselektronik, durch die Montage des Elektromotors 12 und/oder durch die Alterung der Rotorpositionssensoren 16, 17 bedingt sein.These errors arise, for example, through the measurement of the rotor position sensors 16, 17 through the conversion of an analog signal into a digital one and/or are the result of a stray field. Furthermore, the error terms can also be caused by errors in the evaluation electronics, by the assembly of the electric motor 12 and/or by the aging of the rotor position sensors 16, 17.

Falls die Fehlerterme xF1(t), xF2(t) in der Analyse nicht entsprechend berücksichtigt werden, können Ungenauigkeiten in der Ermittlung des Winkels ϕ des Rotors 20 entstehen, sodass der Elektromotor 12 unrund läuft und/oder Oberwelligkeiten im Drehmoment aufweist.If the error terms x F1 (t), x F2 (t) are not taken into account appropriately in the analysis, inaccuracies can arise in the determination of the angle φ of the rotor 20, so that the electric motor 12 runs unevenly and/or has harmonics in the torque.

Um diese Fehler zu kompensieren, wird ein Offset O der Rotorpositionssignale, die Abweichung Δ ϕ des Achsenwinkels α von 90° jedes Rotorpositionssensors 16, 17, ein Phasenversatz ϕ1,2 zwischen dem ersten und dem zweiten Rotorpositionssignal P1, P2 und höhere Ordnungen bei der Bestimmung der komplexen Winkelfunktionen K1, K2 berücksichtigt.To compensate for these errors, an offset O of the rotor position signals, the deviation Δϕ of the axis angle α from 90° of each rotor position sensor 16, 17, a phase shift ϕ 1.2 between the first and the second rotor position signal P 1 , P 2 and higher orders taken into account when determining the complex trigonometric functions K 1 , K 2 .

Das Vorverarbeitungsmodul 34 bildet für beide Positionssignale P1(t),P2(t) eine komplexe trigonometrische Reihe und die erste Winkelfunktion K1 des ersten Rotorpositionssignals P1 und die zweite komplexe Winkelfunktion K2 des zweiten Rotorpositionssignals P2 ergeben sich als: K 1 ( t ) = i A c ,1, i ( t ) cos ( p 1   ϕ i   ( t ) + Δ ϕ 1, i ) + O c ,1 ( t ) + j [ A s ,1, i sin ( p 1 ϕ i ( t ) ) + O s ,1 ( t ) ]

Figure DE102021133422A1_0025
 
Figure DE102021133422A1_0026
und K 2 ( t ) = i A c ,2, i ( t ) cos ( p 2   ϕ i   ( t ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1,2 ) + O c ,2 ( t ) + j [ A s ,2, i ( t ) sin ( p 2 ϕ i ( t ) + ϕ 1,2 ) + O s ,2 ( t ) ] .
Figure DE102021133422A1_0027
 
Figure DE102021133422A1_0028
The pre-processing module 34 forms a complex trigonometric series for both position signals P 1 (t ) , P 2 (t) and the first angular function K 1 of the first rotor position signal P 1 and the second complex angular function K 2 of the second rotor position signal P 2 result as: K 1 ( t ) = i A c ,1, i ( t ) cos ( p 1 ϕ i ( t ) + Δ ϕ 1, i ) + O c ,1 ( t ) + j [ A s ,1, i sin ( p 1 ϕ i ( t ) ) + O s ,1 ( t ) ]
Figure DE102021133422A1_0025
Figure DE102021133422A1_0026
and K 2 ( t ) = i A c ,2, i ( t ) cos ( p 2 ϕ i ( t ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1.2 ) + O c ,2 ( t ) + j [ A s ,2, i ( t ) sin ( p 2 ϕ i ( t ) + ϕ 1.2 ) + O s ,2 ( t ) ] .
Figure DE102021133422A1_0027
Figure DE102021133422A1_0028

Dabei ist ϕi(t) = i · ω · t + δm,i der zeitabhängige Winkel des Rotors 20 (m= 1 oder 2) mit einem Phasenversatz δm,i zwischen verschiedenen Grund- und Oberschwingungen, Δϕm,i die Abweichung des Achsenwinkels α zwischen verschiedenen Grund- und Oberschwingungen des ersten und des zweiten Rotorpositionssensors sowie Ac,m,i(t) und As,m,i(t) die Amplituden der Grundschwingung (j = 1) und der Oberschwingungen (i > 1).Where φ i (t) = i ω t + δ m,i is the time-dependent angle of the rotor 20 (m=1 or 2) with a phase offset δ m,i between different fundamental and harmonics, Δφ m,i the Deviation of the axis angle α between different fundamental and harmonics of the first and the second rotor position sensor as well as A c,m,i (t) and A s,m,i (t) the amplitudes of the fundamental (j = 1) and the harmonics (i > 1).

Im Allgemeinen kann die Abweichung Δϕm,i des Achsenwinkels α natürlich auch im Imaginärteil und/oder der Phasenversatz ϕ1,2 in der komplexen Winkelfunktion des ersten Rotorpositionssignals P1 berücksichtigt werden.In general, the deviation Δφ m,i of the axis angle α can of course also be taken into account in the imaginary part and/or the phase offset φ 1,2 in the complex angular function of the first rotor position signal P 1 .

Die Parameter Π der komplexen Winkelfunktionen K1, K2 sind also gegeben durch Ac,m,i(t), As,m,i(t), Os,m(t), Oc,m(t), Δϕm,i, ϕ1,2 und δm,i.The parameters Π of the complex trigonometric functions K 1 , K 2 are therefore given by A c,m,i (t), A s,m,i (t), O s,m (t), O c,m (t) , Δϕ m,i , ϕ 1,2 and δ m,i .

Anschließend werden die komplexen Winkelfunktionen K1, K2 an ein Filtermodul 36 übergeben, das die Parameter Π, die Winkelgeschwindigkeit w und den Winkel ϕ des Rotors 20 aus den komplexen Winkelfunktionen K1, K2 bestimmt. The complex angle functions K 1 , K 2 are then transferred to a filter module 36 which determines the parameters Π, the angular velocity w and the angle φ of the rotor 20 from the complex angle functions K 1 , K 2 .

Das Filtermodul 36 bestimmt dabei mittels eines Filters 42 die Filtersignale F1(t), F2(t) der Form F 1 ( t ) = i n { A c ,1, i ( t ) cos ( p 1 ϕ i ( t ) + Δ ϕ 1, i ) + O c ,1 ( t ) + j [ A s ,1, i sin ( p 1 ϕ i ( t ) ) + O s ,1 ( t ) ] }

Figure DE102021133422A1_0029
 
Figure DE102021133422A1_0030
F 2 ( t ) = i n { A c ,2, i ( t ) cos ( p 2 ϕ i ( t ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1,2 ) + O c ,2 ( t ) + j [ A s ,2, i ( t ) sin ( p 2 ϕ i ( t ) + ϕ 1,2 ) + O s ,2 ( t ) ] } .
Figure DE102021133422A1_0031
 
Figure DE102021133422A1_0032
The filter module 36 uses a filter 42 to determine the filter signals F 1 (t), F 2 (t) of the form f 1 ( t ) = i n { A c ,1, i ( t ) cos ( p 1 ϕ i ( t ) + Δ ϕ 1, i ) + O c ,1 ( t ) + j [ A s ,1, i sin ( p 1 ϕ i ( t ) ) + O s ,1 ( t ) ] }
Figure DE102021133422A1_0029
Figure DE102021133422A1_0030
f 2 ( t ) = i n { A c ,2, i ( t ) cos ( p 2 ϕ i ( t ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1.2 ) + O c ,2 ( t ) + j [ A s ,2, i ( t ) sin ( p 2 ϕ i ( t ) + ϕ 1.2 ) + O s ,2 ( t ) ] } .
Figure DE102021133422A1_0031
Figure DE102021133422A1_0032

Es ist zu beachten, dass die Filtersignale F(t) nur eine endliche Anzahl an Oberschwingungen haben, d.h. n < ∞. Beispielsweise werden nur Ordnungen bis n=3 oder bis n=1 berücksichtigt.It should be noted that the filter signals F(t) have only a finite number of harmonics, i.e. n < ∞. For example, only orders up to n=3 or up to n=1 are taken into account.

Mit anderen Worten werden die Oberschwingungen mit hohen i-Werten herausgefiltert, sodass der Filter 42 als Bandpass oder Tiefpass wirkt.In other words, the high i-value harmonics are filtered out so that the filter 42 acts as a band pass or low pass.

Die Parameter Π der Filtersignale F1(t),F2(t) lassen sich dabei durch die Bildung einer Kostenfunktion J(t, Π) J ( t , Π ) = 1 2 [ P m ( t ) F m ( t , Π ) ] 2 = 1 2 E m ( t , Π ) 2

Figure DE102021133422A1_0033
und die Minimierung der Kostenfunktion mittels des Gradientenverfahrens bestimmen, sodass die zeitlichen Ableitungen der Parameter Π gegeben ist durch d Π ( t ) dt = μ e { Π J ( t , Π ) } = μ e { E m * ( t , Π ) E m ( t , Π ) Π } .
Figure DE102021133422A1_0034
The parameters Π of the filter signals F 1 (t), F 2 (t) can be calculated by forming a cost function J(t, Π) J ( t , Π ) = 1 2 [ P m ( t ) f m ( t , Π ) ] 2 = 1 2 E m ( t , Π ) 2
Figure DE102021133422A1_0033
and determine the minimization of the cost function using the gradient method, so that the time derivatives of the parameters Π are given by i.e Π ( t ) German = µ e { Π J ( t , Π ) } = µ e { E m * ( t , Π ) E m ( t , Π ) Π } .
Figure DE102021133422A1_0034

Dabei ist µ eine Matrix mit den Verstärkungsfaktoren µm,ii und auch bekannt als die Schrittweiten des Gradientenverfahrens, Em(t, Π) sind die Fehlersignale und E*(t, Π) die komplex konjugierten Fehlersignale.In this case μ is a matrix with the amplification factors μ m,ii and also known as the step sizes of the gradient method, E m (t, Π) are the error signals and E*(t, Π) are the complex conjugate error signals.

Dementsprechend ergeben sich die folgenden Gleichungen für den Filter 42: θ c ,1 ( t ) = p 1 ( ω i t + δ 1, i ) + Δ ϕ 1, i ,

Figure DE102021133422A1_0035
θ s ,1 ( t ) = p 1 ( ω i t + δ 1, i ) ,
Figure DE102021133422A1_0036
θ c ,2 ( t ) = p 2 ( ω i t + δ 2, i ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1,2 ,
Figure DE102021133422A1_0037
θ s ,2 ( t ) = p 2 ( ω i t + δ 2, i ) + ϕ 1,2 ,
Figure DE102021133422A1_0038
d A c , m , i ( t ) d t = μ m ,1 , i { E c , m , i ( t ) cos ( θ c , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0039
d A s , m , i ( t ) d t = μ m ,1 , i { E s ,1, i ( t ) sin ( θ s , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0040
d O c , m ( t ) d t = μ m ,2 { E c , m , i ( t ) } ,
Figure DE102021133422A1_0041
d O s , m ( t ) d t = μ m ,2 { E s , m , i ( t ) } ,
Figure DE102021133422A1_0042
d   Δ ϕ m , i ( t ) d t = μ m ,3 ,i E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) ,
Figure DE102021133422A1_0043
d ϕ 1,2 ( t ) d t = μ 4, i { E s ,2, i ( t ) cos ( θ s ,2 ( t ) ) E c ,2, i ( t ) sin ( θ c ,2 ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0044
d a i ( t ) d t = μ 5, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0045
d ω i ( t ) d t = μ 6, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) }   + a i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0046
d ϕ i ( t ) d t = μ 7, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) }   + ω i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0047
F m , i ( t ) = A c , m , i cos ( θ c , m ( t ) ) + O c , m +   j ( A s , m , i sin ( θ s , m ( t ) ) + O s , m ) ,
Figure DE102021133422A1_0048
 
Figure DE102021133422A1_0049
E m , i ( t ) = K m ( t ) F m , i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0050
ϕ i ( t ) = ω i t + δ m , i ,
Figure DE102021133422A1_0051
Accordingly, the following equations result for the filter 42: θ c ,1 ( t ) = p 1 ( ω i t + δ 1, i ) + Δ ϕ 1, i ,
Figure DE102021133422A1_0035
θ s ,1 ( t ) = p 1 ( ω i t + δ 1, i ) ,
Figure DE102021133422A1_0036
θ c ,2 ( t ) = p 2 ( ω i t + δ 2, i ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1.2 ,
Figure DE102021133422A1_0037
θ s ,2 ( t ) = p 2 ( ω i t + δ 2, i ) + ϕ 1.2 ,
Figure DE102021133422A1_0038
i.e A c , m , i ( t ) i.e t = µ m ,1 , i { E c , m , i ( t ) cos ( θ c , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0039
i.e A s , m , i ( t ) i.e t = µ m ,1 , i { E s ,1, i ( t ) sin ( θ s , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0040
i.e O c , m ( t ) i.e t = µ m ,2 { E c , m , i ( t ) } ,
Figure DE102021133422A1_0041
i.e O s , m ( t ) i.e t = µ m ,2 { E s , m , i ( t ) } ,
Figure DE102021133422A1_0042
i.e Δ ϕ m , i ( t ) i.e t = µ m ,3 , i E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) ,
Figure DE102021133422A1_0043
i.e ϕ 1.2 ( t ) i.e t = µ 4, i { E s ,2, i ( t ) cos ( θ s ,2 ( t ) ) E c ,2, i ( t ) sin ( θ c ,2 ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0044
i.e a i ( t ) i.e t = µ 5, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) } ,
Figure DE102021133422A1_0045
i.e ω i ( t ) i.e t = µ 6, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) } + a i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0046
i.e ϕ i ( t ) i.e t = µ 7, i m { E s , m , i ( t ) cos ( θ s , m ( t ) ) E c , m , i ( t ) sin ( θ c , m ( t ) ) } + ω i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0047
f m , i ( t ) = A c , m , i cos ( θ c , m ( t ) ) + O c , m + j ( A s , m , i sin ( θ s , m ( t ) ) + O s , m ) ,
Figure DE102021133422A1_0048
Figure DE102021133422A1_0049
E m , i ( t ) = K m ( t ) f m , i ( t ) ,
Figure DE102021133422A1_0050
ϕ i ( t ) = ω i t + δ m , i ,
Figure DE102021133422A1_0051

Die Implementierung des Filters 42 im Regler 14 ist in der 4 schematisch dargestellt.The implementation of the filter 42 in the controller 14 is in FIG 4 shown schematically.

Der Filter 42 weist ein Aufteilungsmodul 44 auf, über das die komplexen Winkelfunktionen K1, K2 in den Imaginärteil I und den Realteil R aufgespaltet werden.The filter 42 has a splitting module 44 via which the complex trigonometric functions K 1 , K 2 are split into the imaginary part I and the real part R.

Die Realteile R und die Imaginärteile I werden im Anschluss jeweils an ein entsprechendes Vergleichsmodul 46 übergeben, das den entsprechenden Imaginärteil I und den entsprechenden Realteil R mit dem jeweiligen Imaginärteil Fs,m,i(t) und Realteil Fc,m,i(t) des Filtersignals Fm,i(t) vergleicht und dabei das Fehlersignal Em,i(t) gemäß Gleichung (17) ermittelt.The real parts R and the imaginary parts I are then each transferred to a corresponding comparison module 46 which compares the corresponding imaginary part I and the corresponding real part R with the respective imaginary part F s,m,i (t) and real part F c,m,i ( t) of the filter signal F m,i (t) and thereby determine the error signal E m,i (t) according to equation (17).

Die Fehlersignale Em,i(t), genauer gesagt der Realteil Ec,m,i(t) und der Imaginärteil Es,m,i(t) jedes Fehlersignals Em,i(t) werden im Anschluss an ein Hauptmodul 48, zwei Amplitudenmodule 50, zwei Offsetmodule 52 und ein Achsenwinkelmodul 54 übergeben.The error signals E m,i (t), more precisely the real part E c,m,i (t) and the imaginary part E s,m,i (t) of each error signal E m,i (t) are connected to a main module 48, two amplitude modules 50, two offset modules 52 and an axis angle module 54 passed.

Dabei bestimmt das Hauptmodul 48 die Winkelgeschwindigkeit ωi, die Beschleunigung ai und den Winkel ϕi nach den Gleichungen (13) bis (15).In this case, the main module 48 determines the angular velocity ω i , the acceleration a i and the angle φ i according to equations (13) to (15).

Außerdem bestimmen die Amplitudenmodule 50 die Amplituden Ac,m,i(t), As,m,i(t) mittels der Gleichungen (7) und (8) sowie die Offsetmodule 52 die Offsets Oc,m(t), Os,m(t) anhand der Gleichungen (9) und (10).In addition, the amplitude modules 50 determine the amplitudes A c,m,i (t), A s,m,i (t) using equations (7) and (8), and the offset modules 52 determine the offsets O c,m (t), O s,m (t) using equations (9) and (10).

Weiterhin bestimmt das Achsenwinkelmodul 54 die Abweichung Δϕm,i des Achsenwinkels α für jeden Rotorpositionssensor 16, 17 gemäß der Gleichung (11).Furthermore, the axis angle module 54 determines the deviation Δφ m,i of the axis angle α for each rotor position sensor 16, 17 according to equation (11).

Zusätzlich werden die Fehlersignale Es,2,i(t) und Ec,2,i(t) des zweiten Rotorpositionssignals P2 an entsprechende Phasenversatzmodule 55 übergeben, die den Phasenversatz ϕ1,2 zwischen dem ersten Rotorpositionssignal P1 und P2 bestimmen.In addition, the error signals E s,2,i (t) and E c,2,i (t) of the second rotor position signal P 2 are transferred to corresponding phase offset modules 55, which calculate the phase offset ϕ 1,2 between the first rotor position signal P 1 and P 2 determine.

Um zu kennzeichnen, dass der Phasenversatz ϕ1,2 nur für das zweite Rotorpositionssignal berechnet wird, sind die entsprechenden Berechnungspfade in der 4 gestrichelt dargestellt.To indicate that the phase shift φ 1.2 is only calculated for the second rotor position signal, the corresponding calculation paths are shown in FIG 4 shown dashed.

Die Offsets Oc,m(t), Os,m(t), die Amplituden Ac,m,i(t), As,m,i(t) die Abweichungen Δϕm,i und der Phasenversatz ϕ1,2 werden anschließend an Sättigungsmodule 56 übergeben, die überprüfen, dass die entsprechenden Parameter innerhalb bestimmter Parametergrenzen sind.The offsets O c,m (t), O s,m (t), the amplitudes A c,m,i (t), A s,m,i (t), the deviations Δϕ m,i and the phase shift ϕ 1 ,2 are then passed to saturation modules 56, which verify that the corresponding parameters are within certain parameter limits.

Falls einer der Parameter Oc(t), Os(t), Aci(t), Asi(t), Δϕi eine Parametergrenze über- oder unterschreitet, erzeugt das jeweilige Sättigungsmodul 56 eine Fehlermeldung M und/oder ersetzt den Parameter durch den Wert der Parametergrenze.If one of the parameters O c (t), O s (t), A ci (t), A si ( t), Δφ i exceeds or falls below a parameter limit, the respective saturation module 56 generates an error message M and/or replaces the parameter by the value of the parameter limit.

Die Parameter Π der komplexen Winkelfunktion K werden zusätzlich an ein Diagnosemodul 40 übergeben (3), das den Elektromotor 12, den Rotorpositionssensor 16 und/oder den Filter 42 anhand der übermittelten Parameter Π diagnostiziert.The parameters Π of the complex trigonometric function K are additionally transferred to a diagnosis module 40 ( 3 ), which diagnoses the electric motor 12, the rotor position sensor 16 and/or the filter 42 using the transmitted parameters Π.

Genauer gesagt erhält das Diagnosemodul 40 die Parameter Π, also beispielsweise die Grund- und Oberschwingungsamplituden Asi, Aci, die Phasenversätze δi , die Abweichung Δϕi des Achsenwinkels α, den Phasenversatz ϕ1,2 und/oder die Offsets Os, Oc, und erzeugt eine Fehlermeldung M, falls einer der Parameter Π einen für diesen Parameter Π vorgegebenen Schwellwert über- oder unterschreitet.More precisely, the diagnostic module 40 receives the parameters Π, for example the fundamental and harmonic amplitudes A si , A ci , the phase offsets δ i , the deviation Δφ i of the axis angle α, the phase offset φ 1.2 and/or the offsets O s O c , and generates an error message M if one of the parameters Π exceeds or falls below a threshold value specified for this parameter Π.

Mit anderen Worten bestimmt das Diagnosemodul 40 den Funktionszustand der Rotorpositionssensoren 16, 17. Falls einer der Rotorpositionssensoren 16, 17 nicht ordnungsgemäß funktioniert, wird der entsprechende Rotorpositionssensor 16, 17 im Regler entsprechend markiert und das entsprechende Rotorpositionsignal P1, P2 wird dann bei der Ermittlung des Winkels ϕ und/oder der Winkelgeschwindigkeit ω nicht berücksichtigt.In other words, the diagnostic module 40 determines the functional status of the rotor position sensors 16, 17. If one of the rotor position sensors 16, 17 is not functioning properly, the corresponding rotor position sensor 16, 17 is marked accordingly in the controller and the corresponding rotor position signal P 1 , P 2 is then used at the Determination of the angle ϕ and/or the angular velocity ω not taken into account.

Zum Beispiel wird der Fehlerzustand eines der Rotorpositionssensoren 16, 17 anhand des zeitlichen Verlaufs des Phasenversatzes ϕ1,2 bestimmt.For example, the error state of one of the rotor position sensors 16, 17 is determined based on the course of the phase offset φ 1,2 over time.

Anschließend werden die Winkelgeschwindigkeit ωi, der Winkel ϕi sowie die Abweichung Δϕi des Achsenwinkels α verwendet, um mittels die jeweiligen Imaginärteile Fsi(t) bzw. Realteile Fci(t) des Filtersignals Fi(t) zu bilden und an einen Eingang der Vergleichsmodule 46 zu übergeben.The angular velocity ω i , the angle φ i and the deviation Δφ i of the axis angle α are then used to form the respective imaginary parts F si (t) or real parts F ci (t) of the filter signal F i (t) and an to pass an input of the comparison modules 46 .

Der Filter 42 basiert also auf einer komplexen Phasenregelschleife.The filter 42 is therefore based on a complex phase-locked loop.

Anschließend werden sowohl die Winkelgeschwindigkeit ω als auch der Winkel φ von dem Filtermodul 36 an das Stromwertkorrekturmodul 38 übergeben (3).Then both the angular velocity ω and the angle φ are transferred from the filter module 36 to the current value correction module 38 ( 3 ).

Das Stromwertkorrekturmodul 38 bestimmt einen Stromkorrekturwert I' und einen entsprechenden Spannungskorrekturwert U' anhand der Winkelgeschwindigkeit ω und des Winkels ϕ.The current value correction module 38 determines a current correction value I' and a corresponding voltage correction value U' based on the angular velocity ω and the angle φ.

Schließlich passt der Regler 14 den Stromfluss durch zumindest einen Elektromagneten 22 des Elektromotors 12 (2) anhand des ermittelten Stromkorrekturwerts I' an.Finally, the controller 14 adjusts the current flow through at least one electromagnet 22 of the electric motor 12 ( 2 ) based on the determined current correction value I'.

Beispielsweise regelt der Regler 14 den zumindest einen Elektromagneten 22 so, dass ein Strom mit dem Stromkorrekturwert I' durch den Elektromagneten 22 fließt.For example, the controller 14 regulates the at least one electromagnet 22 in such a way that a current with the current correction value I′ flows through the electromagnet 22 .

Im Allgemeinen bestimmt der Regler 14 unterschiedliche Stromkorrekturwerte I' und Spannungskorrekturwerte U' für die drei Elektromagnete 22. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hier aber nur ein Stromkorrekturwert I' und ein Spannungskorrekturwert U' für alle Elektromagnete 22 dargestellt.In general, controller 14 determines different current correction values I′ and voltage correction values U′ for the three electromagnets 22 . For reasons of clarity, however, only one current correction value I′ and one voltage correction value U′ for all electromagnets 22 are shown here.

Durch die Verwendung der Rotorpositionssignale P1, P2 von zwei Rotorpositionssensoren 16, 17, also durch die Datenfusion der beiden Rotorpositionssignale P1, P2, wird somit die Genauigkeit der Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit ω als auch des Winkels ϕ verbessert. Zusätzlich werden weitere Fehler, wie ein sensorintrinsischer Orthogonalitätsfehler, ein Phasenversatz zwischen den Rotorpositionssignalen durch das beschriebene Verfahren kompensiert. Somit werden die Fehlerterme xF1(t), xF2(t) sehr genau berücksichtigt. Auf diese Weise wird die Effizienz der Übertragung der elektrischen Energie verbessert sowie Vibrationen am Kraftfahrzeug 10 durch Oberwelligkeiten am Elektromotor 12 reduziert.By using the rotor position signals P 1 , P 2 from two rotor position sensors 16 , 17 , ie by data fusion of the two rotor position signals P 1 , P 2 , the accuracy of determining the angular velocity ω and the angle φ is improved. In addition, other errors, such as a sensor-intrinsic orthogonality error, a phase offset between the rotor position signals are compensated for by the method described. Thus, the error terms x F1 (t), x F2 (t) are taken into account very precisely. In this way, the efficiency of the transmission of the electrical energy is improved and vibrations in the motor vehicle 10 due to harmonics in the electric motor 12 are reduced.

In dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 wurden zwei Rotorpositionssensoren 16, 17 für die Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit ω und des Winkels ϕ verwendet. Im Allgemeinen ist es auch denkbar, dass mehr als zwei Rotorpositionssensoren, beispielweise drei oder vier Rotorpositionssensoren verwendet werden, die jeweils ein entsprechendes Rotorpositionssignal bereitstellen.In the embodiment of 2 until 4 two rotor position sensors 16, 17 were used for determining the angular velocity ω and the angle φ. In general, it is also conceivable that more than two rotor position sensors, for example three or four rotor position sensors, are used, each providing a corresponding rotor position signal.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102019122558 B4 [0005]DE 102019122558 B4 [0005]

Claims (13)

Verfahren zur Ermittlung des Winkels eines Rotors und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines Elektromotors (12), der einen Rotor (20) und einen Stator (18) mit zumindest einer Spule (24), insbesondere drei Spulen (24) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Erhalten eines ersten Rotorpositionssignals (P1) von einem ersten Rotorpositionssensor (16) und eines zweiten Rotorpositionssignals (P2) von einem zweiten Rotorpositionssensor (17) durch einen Regler (14), wobei das erste und das zweite Rotorpositionssignal (P1, P2) jeweils einen Positionswert entlang einer ersten von zwei Achsen (30, 32) in der Rotationsebene (28) des Rotors (20) und einen zweiten Positionswert entlang der zweiten der beiden Achsen (30, 32) umfasst, wobei die Rotorpositionssignale (P1, P2) mehrere Ordnungen (i) enthalten, und b) Ermitteln des Winkels (ϕ) des Rotors (20) und/oder der Winkelgeschwindigkeit (ω) mittels eines Filtermoduls (36) des Reglers (14), wobei das Filtermodul das erste Rotorpositionssignal (P1) und das zweite Rotorpositionssignal (P2) zusammen jeweils als eine komplexe Winkelfunktion (K1, K2) verarbeitet.Method for determining the angle of a rotor and/or the angular velocity of an electric motor (12) which has a rotor (20) and a stator (18) with at least one coil (24), in particular three coils (24), the method comprises the following steps: a) obtaining a first rotor position signal (P 1 ) from a first rotor position sensor (16) and a second rotor position signal (P 2 ) from a second rotor position sensor (17) by a controller (14), the first and second rotor position signals (P 1 , P 2 ) each comprises a position value along a first of two axes (30, 32) in the plane of rotation (28) of the rotor (20) and a second position value along the second of the two axes (30, 32), where the rotor position signals (P 1 , P 2 ) contain several orders (i), and b) determining the angle (φ) of the rotor (20) and/or the angular velocity (ω) using a filter module (36) of the controller (14), wherein the filter module processes the first rotor position signal (P 1 ) and the second rotor position signal (P 2 ) together, each as a complex angle function (K 1 , K 2 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermodul (36) einen Phasenversatz (ϕ1,2) zwischen dem ersten und dem zweiten Rotorpositionssignal (P1, P2) bestimmt und bei der Ermittlung des Winkels (ϕ) des Rotors (20) und/oder der Winkelgeschwindigkeit (ω) berücksichtigt.procedure after claim 1 , characterized in that the filter module (36) determines a phase offset (φ 1.2 ) between the first and the second rotor position signal (P 1 , P 2 ) and when determining the angle (φ) of the rotor (20) and/or of the angular velocity (ω) is taken into account. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (14) anhand der Rotorpositionssignale (P1, P2) auf den Funktionszustand der beiden Rotorpositionssensoren (16, 17) schließt, wobei der Regler (14) bei einem erkannten Fehlerzustand eines der Rotorpositionssensoren (16, 17) das entsprechende Rotorpositionssignal (P1, P2) nicht berücksichtigt.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the controller (14) concludes the functional state of the two rotor position sensors (16, 17) on the basis of the rotor position signals (P 1 , P 2 ), wherein the controller (14) when a fault state is detected in one of the rotor position sensors (16, 17 ) the corresponding rotor position signal (P 1 , P 2 ) is not taken into account. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (14) anhand des Phasenversatzes (ϕ1,2) auf die Funktionszustände der Rotorpositionssensoren (16, 17) schließt.procedure after claim 2 and 3 , characterized in that the controller (14) on the basis of the phase offset (φ 1.2 ) on the functional states of the rotor position sensors (16, 17) closes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermodul (36) den Achsenwinkel (αi) zwischen den beiden Achsen jedes Rotorpositionssignals (P1, P2) bestimmt und die Achsenwinkel (αi) während der Ermittlung des Winkles (ϕ) des Rotors (20) und/oder der Winkelgeschwindigkeit (ω) berücksichtigt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the filter module (36) determines the axis angle (α i ) between the two axes of each rotor position signal (P 1 , P 2 ) and the axis angles (α i ) during the determination of the angle (ϕ ) of the rotor (20) and/or the angular velocity (ω) is taken into account. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12) zumindest anhand des ermittelten Winkels (ϕ) vom Regler (14) geregelt wird, insbesondere durch die folgenden Schritte: a) Bestimmen von zumindest einem Stromkorrekturwert (I') für die zumindest eine Spule (24) durch den Regler (14) anhand des ermittelten Winkels (ϕ), und b) Anpassen des Stromflusses durch die zumindest eine Spule (24) anhand des zumindest einen Stromkorrekturwertes (I') durch den Regler (14).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (12) is controlled by the controller (14) at least on the basis of the determined angle (ϕ), in particular by the following steps: a) determining at least one current correction value (I') for the at least one coil (24) by the controller (14) based on the determined angle (φ), and b) adjustment of the current flow through the at least one coil (24) based on the at least one current correction value (I') by the controller (14) . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rotorpositionssignal (P1) und/oder das zweite Rotorpositionssignal (P2) durch einen magnetoresistiven Rotorpositionssensor (16,17), einen Hall-Sensor, einen Wirbelstromsensor, einen optischen Inkrementalgeber, einen Resolver und/oder einen Hardware-Demodulator bereitgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first rotor position signal (P 1 ) and/or the second rotor position signal (P 2 ) is generated by a magnetoresistive rotor position sensor (16, 17), a Hall sensor, an eddy current sensor, an optical incremental encoder, a resolver and/or a hardware demodulator is provided. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die komplexe Winkelfunktion (K1) für den ersten Rotorpositionssensor (16) der Form K 1 ( t ) = i A c ,1, i ( t ) cos ( p 1 ϕ i ( t ) + Δ ϕ 1, i ) + O c ,1 ( t ) + j [ A s ,1, i ( t ) sin ( p 1 ϕ i ( t ) ) + O s ,1 ( t ) ]
Figure DE102021133422A1_0052
und für den zweiten Rotorpositionssensor (17) der Form K 2 ( t ) = i A c ,2, i ( t ) cos ( p 2   ϕ 2   ( t ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1,2 ) + O c ,2 ( t ) + j [ A s ,2, i sin ( p 2 ϕ i ( t ) + ϕ 1,2 ) + O s ,2 ( t ) ]
Figure DE102021133422A1_0053
ist, wobei die Indizes 1 und 2 für den ersten bzw. den zweiten Rotorpositionssensor (16, 17) stehen, j ist die imaginäre Einheit, p1, p2 die Polpaarzahlen des ersten und zweiten Rotorpositionssensors (16, 17), ϕi(t) = ω0i · t + δi der zeitabhängige Winkel des Rotors mit einem Phasenversatz δi zwischen verschiedenen Grund- und Oberschwingungen, Δϕi die Abweichung des Achsenwinkels (αi) der beiden Achsen (30, 32) von 90°, ϕ1,2 der Phasenversatz der Rotorpositionssignale (P1, P2), Ac,1/2,i(t) und As,1/2,i(t) die Amplituden der Grundschwingung (j = 1) und der Oberschwingungen (i > 1) des Realteils bzw. des Imaginärteils der entsprechenden Winkelfunktion (K1, K2) und Oc,i/2(t) und Os,1/2(t) Offsets des Real- und Imaginärteils.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that the complex angle function (K 1 ) for the first rotor position sensor (16) of the form K 1 ( t ) = i A c ,1, i ( t ) cos ( p 1 ϕ i ( t ) + Δ ϕ 1, i ) + O c ,1 ( t ) + j [ A s ,1, i ( t ) sin ( p 1 ϕ i ( t ) ) + O s ,1 ( t ) ]
Figure DE102021133422A1_0052
and for the second rotor position sensor (17) of the mold K 2 ( t ) = i A c ,2, i ( t ) cos ( p 2 ϕ 2 ( t ) + Δ ϕ 2, i + ϕ 1.2 ) + O c ,2 ( t ) + j [ A s ,2, i sin ( p 2 ϕ i ( t ) + ϕ 1.2 ) + O s ,2 ( t ) ]
Figure DE102021133422A1_0053
where the indices 1 and 2 stand for the first and the second rotor position sensor (16, 17), j is the imaginary unit, p 1 , p 2 are the pole pair numbers of the first and second rotor position sensor (16, 17), φ i ( t) = ω 0i · t + δ i the time-dependent angle of the rotor with a phase shift δ i between different fundamental and harmonics, Δϕ i the deviation of the axis angle (α i ) of the two axes (30, 32) from 90°, ϕ 1,2 the phase offset of the rotor position signals (P 1 , P 2 ), A c,1/2,i (t) and A s,1/2,i (t) the amplitudes of the fundamental (j=1) and harmonics (i > 1) of the real and imaginary parts of the corresponding trigonometric function (K 1 , K 2 ) and O c,i/2 (t) and O s,1/2 (t) offsets of the real and imaginary parts.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermodul (36) einen Filter (42) basierend auf einer komplexen Phasenregelschleife auf die komplexen Winkelfunktionen (K1, K2) anwendet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the filter module (36) applies a filter (42) based on a complex phase-locked loop to the complex trigonometric functions (K 1 , K 2 ). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (42) als Übertragungsfunktion im Filtermodul (36) hinterlegt ist.procedure after claim 9 , characterized in that the filter (42) is stored as a transfer function in the filter module (36). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (14) ein drittes Rotorpositionssignal von einem dritten Rotorpositionssensor erhält, wobei das dritte Rotorpositionssignal einen Positionswert entlang der ersten von zwei Achsen (30, 32) in der Rotationsebene des Rotors (20) und einen zweiten Positionswert entlang der zweiten der beiden Achsen (30, 32) umfasst, und wobei der Regler (14) den Winkel (ϕ) des Rotors (20) und/oder die Winkelgeschwindigkeit (ω) anhand der drei Rotorpositionssignale ermittelt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the controller (14) receives a third rotor position signal from a third rotor position sensor, the third rotor position signal being a position value along the first of two axes (30, 32) in the plane of rotation of the rotor (20). and a second position value along the second of the two axes (30, 32), and wherein the controller (14) determines the angle (φ) of the rotor (20) and/or the angular velocity (ω) based on the three rotor position signals. Regler (14) für ein Kraftfahrzeug, wobei der Regler (14) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Controller (14) for a motor vehicle, wherein the controller (14) is designed to carry out a method according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor (12) und einem Regler (14) nach Anspruch 12.Motor vehicle with an electric motor (12) and a controller (14). claim 12 .
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