CN103635348B - 分解器-传感器信号的评估 - Google Patents

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Abstract

用于评估车辆中的分解器‑传感器信号（28）的电路（2），具有分解器‑传感器（4）和处理器元件（12），所述分解器‑传感器被设置用于记录电机（16）的转子（6）的旋转运动，其中所述分解器‑传感器（4）被设置用于输出至少一个正弦形或余弦形的幅度调制的、表征所述转子（6）的旋转运动的模拟信号，其特征在于，所述处理器元件（12）具有数据处理单元（12a）、分解器‑传感器‑操控单元（12b）和分解器‑传感器‑评估单元（12c），其中所述分解器‑传感器（4）的模拟信号直接与所述分解器‑传感器‑评估单元（12c）连接。

Description

分解器-传感器信号的评估
技术领域
本发明涉及用于电动车辆或混合动力车辆的驱动器。本发明尤其涉及电机旋转运动的确定。此外，本发明尤其涉及用于评估车辆中的分解器-传感器信号的电路、用于车辆的具有本发明电路的控制设备以及车辆、尤其是具有本发明电路和/或本发明控制设备的汽车。
背景技术
在电动车辆或者混合动力车辆中，车辆的驱动功率至少一部分地通过电机、因此电动机来提供。对于这种电机的优选的操控大多有益的是，确定关于电机的当前运行状态的准确信息。
对于这种确定，大多所谓的分解器-传感器用在电机上，所述分解器-传感器被用于检测电机的转速和转子位置的角位置。
转速和角位置对于电动机调节至关重要。使用评估逻辑，以评估由分解器-传感器提供的原始数据，从而所要求的测量参量、即转速和角位置例如作为数字数据值被提供给控制设备。
图1示出具有转子激励的传统的分解器-传感器。在电机的转子6处安装有绕组10a。该绕组利用正弦形的交变电压被激励。两个在彼此垂直取向的定子处安装的绕组10b、10c获得由绕组10a感应的电压。
在绕组10b、10c中感应的电压的幅度在此通过转子绕组或绕组10a的角确定并且在此分别相应于转子的角位置的正弦和余弦。
然而，分解器-传感器和评估逻辑大多仅仅单一地存在。
图2示出分解器-传感器4的传统的评估。
控制设备20在此具有微处理器12，所述微处理器借助参考信号30操控分解器-操控/评估电路14、所谓的分解器芯片14或分解器-数字转换器电路14。该电路示例性地用5Vdc的电压来供给。
分解器芯片14在此示例性地产生激励信号形式，例如具有10kHz和±2.5V峰值的正弦振荡。该正弦振荡经由放大元件18变形为具有±10V峰值的激励信号形式并且输送给绕组10a中的分解器-传感器4。
因此，区域26表示分解器操控。分解器-传感器4示意性示出地安装在电机16的电动机处。
分解器-传感器数据28经由滤波元件22——例如低通滤波器——作为具有例如±2.85V峰值的正弦信号或余弦信号又被输送给分解器芯片14。
分解器芯片14本身经由数据连接24a与微处理器12连接并且提供有关电机16的转子的转动速度或转速以及角位置的数字信号值给微处理器12。此外，经由数据连接24a向微处理器12提供错误信息。
也即，评估逻辑可以包含分解器-传感器信号的简单的诊断，所述诊断识别分解器信号的不同错误类型。
然而，错误信息一般不包含出现在分解器芯片内的错误，因为其不能被充分探测到，或者分解器芯片不具有合适的内部预防措施以能够自身检查其无缺陷的功能。
因此，大多不能识别在评估逻辑本身以及至控制设备的进一步处理的微处理器的数据传输内的错误。属于这些错误的例如有：登记错误、数据位错误、评估逻辑的寻址错误、冻结的数据、评估逻辑的自动的重新配置以及运算器缺陷等。
因此，这种不可探测的错误可能造成有错误的转速值和角度值的传送，但是尽管如此，所述错误的转速值和角度值被随后的控制设备认为是有效的并且可能造成电动机的由此有错误的操控。这种有错误的电动机调节因此可能导致电机的这种有错误的操控，使得电机实施不适合状况的旋转运动或以不期望的转矩工作。也可能由于分解器芯片的故障引起“意外的车辆运动”或者“意外的车辆运动方向”的危险。
这种有错误的操控例如可能导致车辆的意外加速、驱动轴的阻塞或者甚至可能导致操控电动机的IGBT的毁坏。
发明内容
因此，本发明的一个方面可以在于，与分解器芯片无关地进行分解器-传感器评估，以便因此避免错误，如可能在评估逻辑内以及在所评估的传感器信号随后至例如控制设备的微处理器的数据传输中出现的错误。
鉴于这方面，提供本发明的用于评估车辆中的分解器-传感器信号的电路、用于车辆的具有本发明电路的控制设备、以及车辆、尤其是具有本发明电路和/或本发明控制设备的汽车。本发明的用于评估车辆中的分解器-传感器信号电路具有：
分解器-传感器，其被设置用于记录电机的转子的旋转运动；和
处理器元件；
其中所述分解器-传感器被设置用于输出至少一个正弦形或余弦形的幅度调制的、表征所述转子的旋转运动的模拟信号；
所述处理器元件具有数据处理单元、分解器-传感器-操控单元和分解器-传感器-评估单元，
其中所述分解器-传感器-操控单元提供用于操控分解器-传感器的脉冲宽度调制的激励信号以及用于操控所述分解器-传感器-评估单元的同步信号，并且其中所述分解器-传感器的模拟信号与所述分解器-传感器-评估单元连接，
其中同步信号与激励信号同步地在所述分解器-传感器-评估单元处触发对所述模拟信号的采样，使得分解器正弦/余弦信号总是在激励信号达到其最大值时被模拟-数字转换器检测到，由此提供所述分解器-传感器的模拟信号的解调，借助于所述解调能够求取转子的位置和速度并且能够执行诊断。
分解器芯片一般比较贵，在其构型中需要控制设备的印刷电路板上的位置，一般使用至少16根数据线路用于数据传输到微处理器并且通常是复杂的组件，该组件大多是不能被充分监视并且不能在控制设备运行中被测试的。用于配置和与分解器芯片通信的软件比较复杂。
因此，在此直接在微处理器中进行分解器-信号传感器的评估。由此可以完全取消分解器芯片，由此例如通过具有更少的印制导线的更小的电路板可以减少组件成本以及硬件制造成本。
作为微处理器，可以使用也用于操控或提供用于分解器-传感器的参考信号的同一微处理器。这种微处理器一般能够很好地被保护和监视。例如RAM或ROM测试、流程监控或通过外部看门狗系统监视的措施可以充分地保护微处理器上的与安全相关的硬件和软件部分，例如用于评估分解器-传感器信号的部分。
因此，基本上模拟分解器-传感器信号的信号处理直接在微处理器中进行，而不在单独铺设的电路逻辑、如恰好分解器芯片中进行。微处理器的各个部分在此可以接管信号产生——例如分解器-传感器的激励信号的信号产生、由传感器提供的模拟信号的信号评估或转变以及信号处理。
因为所有模块12a、12b、12c是微处理器12的组成部分，所以可以在使用微处理器的传统保护措施的情况下检查各个模块的完整的作用原理并且验证正确的功能。
附图说明
在附图中示出并且在随后的描述中详细解释本发明的实施例。
图1示出分解器-传感器；
图2示出分解器-传感机构和分解器-评估逻辑的接线的示例性构型；
图3a、b示出根据本发明的分解器-传感器信号-评估的示例性构型。
具体实施方式
进一步参考图3a、3b示出根据本发明的分解器-传感器信号-评估的示例性构型。
图3a具有控制设备20的与图2可比较的结构，然而其中分解器芯片14通过完全在微处理器12中的一种实现而被取代。微处理器12为此具有各个模块，即数据处理单元CPU 12a、分解器-传感器-操控单元PWM 12b和分解器-传感器-评估单元ADC/FADC 12c。它们分别例如是处理器元件12a、脉冲宽度调制模块12b以及模拟-数字转换器或快速模拟-数字转换器模块12c。各个模块彼此之间的连接在微处理器12中通过箭头表示。
PWM模块12b由处理器模块12a操控，并与外部的数字-模拟转换器24一起产生分解器-传感器4的激励信号，例如具有10kHz和±2.5V峰值的正弦信号。数字-模拟转换器24例如被构造为低通滤波元件。微处理器12的脉冲宽度调制模块12b产生矩形信号，该矩形信号又通过外部的数字-模拟转换器24转换成正弦形的激励信号30。PWM模块12b的一种特别简单的实施是低通滤波器。
此外，使用放大元件18，所述放大元件示例性地具有带30Vdc的电压源，在此产生±10V峰值的激励电压并且传递给电机16的分解器-传感器4。因此，外部的数字-模拟转换器元件24以及放大元件18得出分解器操控26。
在使用滤波元件22——示例性地是低通滤波器的情况下，分解器信号28被转换成具有例如±2.85V峰值的正弦或余弦信号。
与激励信号同步地产生触发信号或同步信号30a，该触发信号或同步信号30a操控模拟-数字转换器或快速模拟-数字转换器12c、尤其是其采样。
快速模拟-数字转换器（Fast-ADC）具有与正常的模拟-数字转换器相比明显更快的转换时间，由此信号能够以高频被检测。所述模拟-数字转换将至少一个正弦形或余弦形的幅度调制的模拟信号的包络曲线提供给所述处理器元件12的数据处理单元12a。
在图3b中可以看出正弦形的激励信号30的曲线走向以及分解器-传感器4的两个定子绕组的输出分别作为分解器-传感器信号28。
通过由同步信号触发的示例性地分别在参考信号30的正峰值时进行的采样32，基本上产生正弦信号或余弦信号的包络曲线，如在图3b中可以得出的那样。因此，在使用模拟-数字转换器模块12c的情况下进行分解器-传感器数据28的解调。分解器正弦/余弦信号28总是在激励信号30达到其最大值时被模拟-数字转换器检测到，这基本上与同步信号30a相关。
通过模拟-数字转换器或快速模拟-数字转换器12c解调的信号能够通过简单的数学运算被这样进一步处理，以便求取分解器-传感器或转子的位置和速度。附加地，可以通过信号执行诊断或可信度检验，以便例如识别短路。

Claims (11)

1.用于评估车辆中的分解器-传感器信号（28）的电路，所述电路具有：
分解器-传感器（4），其被设置用于记录电机（16）的转子（6）的旋转运动；和
处理器元件（12）；
其中所述分解器-传感器（4）被设置用于输出至少一个正弦形或余弦形的幅度调制的、表征所述转子（6）的旋转运动的模拟信号（28）；
其特征在于，
所述处理器元件（12）具有数据处理单元（CPU）（12a）、分解器-传感器-操控单元（PWM）（12b）和分解器-传感器-评估单元（ADC/FADC）（12c），
其中所述分解器-传感器-操控单元（12b）提供用于操控分解器-传感器（4）的脉冲宽度调制的激励信号（30）以及用于操控所述分解器-传感器-评估单元（12c）的同步信号（30a），并且其中所述分解器-传感器（4）的模拟信号（28）与所述分解器-传感器-评估单元（12c）连接，
其中同步信号（30a）与激励信号（30）同步地产生并且在所述分解器-传感器-评估单元（12c）处触发对所述模拟信号（28）的采样（32），使得分解器正弦/余弦信号总是在激励信号（30）达到其最大值时被模拟-数字转换器检测到，由此提供所述分解器-传感器（4）的模拟信号（28）的解调，借助于所述解调能够求取转子（6）的位置和速度并且能够执行诊断。
2.根据权利要求1所述的电路，
其中所述脉冲宽度调制的激励信号（30）是矩形信号。
3.根据权利要求2所述的电路，
其中所述电路具有数字-模拟转换器元件（24）用于将所述脉冲宽度调制信号转换成正弦形的模拟激励信号以操控所述分解器-传感器（4）。
4.根据权利要求3所述的电路，
其中所述数字-模拟转换器元件（24）被构造为低通滤波元件。
5.根据以上权利要求1至4之一所述的电路，
其中所述分解器-传感器-评估单元（12c）被构造为模拟-数字转换器。
6.根据权利要求5所述的电路，
其中所述模拟-数字转换器被构造为快速模拟-数字转换器。
7.根据权利要求1至4之一所述的电路，
其中所述同步信号（30a）通过所述分解器-传感器-评估单元（12c）触发所述分解器-传感器（4）的至少一个模拟信号（28）的瞬时值的模拟-数字转换。
8.根据权利要求7所述的电路，
其中所述模拟-数字转换将至少一个正弦形或余弦形的幅度调制的模拟信号的包络曲线提供给所述处理器元件（12）的数据处理单元（12a）。
9.用于车辆的控制设备，具有根据以上权利要求之一所述的电路。
10.车辆，具有根据权利要求1至8之一所述的电路和/或根据权利要求9所述的控制设备（20）。
11.根据权利要求10所述的车辆，其中所述车辆是汽车。
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