CN103869142A - 用于监视信号电平的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于监视信号电平的方法和设备。本发明涉及一种用于监视通过用于检测磁场的霍尔传感器所产生的信号（400）的信号电平的方法（200），其中所述方法（200）具有求取的步骤（202）和比较的步骤（204）。在所述求取的步骤（202）中求取信号电平的平均值（402）。在所述比较的步骤（204）中比较所述平均值（402）的变化曲线与所述平均值的所预期的变化曲线（106），其中所预期的曲线（106）具有第一值（408）和至少一个不同于所述第一值（408）的第二值（410）的特征性时间序列。在步骤（204）中，当所述平均值（402）与所预期的变化曲线（106）偏离得超过公差范围时，提供故障报告（108；416，420）。

Description

用于监视信号电平的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于监视信号电平的方法、一种用于监视信号电平的设备以及一种相应的计算机程序产品。

背景技术

为了控制直流电动机的电子换向，可以考虑转子的磁场的位置。为了识别所述位置可以使用至少一个霍尔传感器。

DE 10 2007 031 385 A1描述了用于识别至少一个霍尔传感器的欠电压供给的方法和设备。

发明内容

在此背景下，借助本发明提出根据独立权利要求的用于监视通过用于检测磁场的霍尔传感器产生的信号的信号电平的方法，此外提出根据独立权利要求的用于监视通过用于检测磁场的霍尔传感器产生的信号的信号电平的设备，以及最后提出根据独立权利要求的相应的计算机程序产品。有利的构型从相应的从属权利要求和随后的说明书中得出。

通过在使用电阻的情况下对多个霍尔传感器的信号求平均值，除了可以监视霍尔传感器的供给电压，还可以执行用于连接线路的故障识别。在此，通过比较平均值的所预期的变化曲线与实际的变化曲线可以推断出故障部位。

提出一种用于监视通过用于检测磁场的霍尔传感器所产生的信号的信号电平的方法，其中所述方法包括以下步骤：

求取信号电平的平均值；

比较所述平均值的变化曲线与所述平均值的所预期的变化曲线，其中所预期的变化曲线具有第一值和至少一个不同于第一值的第二值的特征性时间序列，其中当平均值与所预期的变化曲线偏离得大于公差范围时，提供故障报告。

此外，提出一种用于监视通过用于检测磁场的霍尔传感器所产生的信号的信号电平的设备，其中所述设备具有以下特征：

用于求取信号电平的平均值的装置；和

用于比较所述平均值的变化曲线与所述平均值的所预期的变化曲线的装置，其中所预期的变化曲线具有第一值和至少一个不同于第一值的第二值的特征性时间序列，其中该装置被构造用于，当平均值与所预期的变化曲线偏离得大于公差范围时，提供故障报告。

通过本发明的设备形式的实施变型还可以快速和高效地解决本发明所基于的任务。

信号电平可以理解为电参量，例如电压。所述信号电平可以由传感器处待测量的参量的变化得出并且可在信号线路中检测。信号电平可以取决于供给电压。霍尔传感器的信号可以理解为关于霍尔传感器处的磁场的磁通量的强度的信息。该信号可以以模拟或二进制的形式存在。如果信号以二进制的形式存在，则该信号代表霍尔传感器处的磁通量是大于还是小于阈值。为了求取信号电平的平均值，信号电平可以通过各一个电阻输送并且在公共的点处被汲取。电阻对于信号电平的每一个可以是相同的。例如公共点和霍尔传感器之间的线路电阻可以分别一样大。所预期的变化曲线可以是理想的变化曲线。公差范围可以代表平均值的信号电平相对于理想变化曲线的可容忍的偏差。所预期的变化曲线可以保存在存储器中。公差范围还可以代表平均值相对于理想变化曲线的可容忍的时间偏差。

设备在此可以理解为处理传感器信号并且据此输出控制信号和/或数据信号的电设备。所述设备可以具有按硬件方式和/或按软件方式构造的接口。在按硬件方式的构造中，接口例如可以是所谓的系统ASIC的包含所述设备的十分不同的功能的一部分。然而还可能的是，接口是特有的集成电路或至少部分地由分立器件组成。在按软件方式的构造中，接口可以是软件模块，其例如存在于微控制器上的其他软件模块旁。

当平均值在这些值之间变换时比预先确定的过渡时间长地停留在第一值周围的第一公差带之外或第二值周围的第二公差带之外时，可以提供故障报告。第一公差带和第二公差带可以通过过渡带分开。预先确定的过渡时间可以是可在这些信号电平中的至少一个信号电平的变化上出现的起振时间。例如，在这些值之间变换时，平均值可以具有可容忍的过冲。同样地，在变换时，平均值可以具有到另一值的渐进式的接近。在这两种情况下，在提供故障报告之前，可容忍的时间可能过去。

当平均值比过渡时间长地停留在第一公差带或第二公差带或至少一个另外的公差带之外时，可以提供故障报告，其中所述另外的公差带与第一公差带和/或第二公差带相邻地设置。平均值例如可以在偶数数目的信号情况下具有三个稳定的值，所述三个稳定的值各具有一个公差带。在三个信号的情况下，可以通过在至霍尔传感器的线路中使用三个不同大小的电阻得出平均值的六个离散的值，其可以借助在此提出的方案来监视。这些公差带可以通过至少一个另外的过渡带和/或第一公差带和/或第二公差带的过渡带分开。第一公差带可以通过第一阻带与平均值的最小值分开。第二公差带可以通过第二阻带与平均值的最大值分开。当平均值比过渡时间长地停留在第一阻带或第二阻带中时，可以提供故障报告。

故障报告可以包括如下附加信息，该附加信息代表平均值偏离哪个公差带。替代地或补充地，故障报告可以包括如下附加信息，该附加信息代表平均值是随后停留到上升的信号边沿处还是随后停留到下降的信号边沿处。通过更详细的信息内容，基于所述故障报告可以比在未区分的故障报告的情况下更快速地定位例如在霍尔传感器处、信号线路处和/或电压源处的潜在故障。

在比较的步骤中，可以从平均值检测由霍尔传感器监视的磁场的位置信息，其中从平均值的当前信号电平和磁场的角度位置的关系确定位置信息。所预期的变化曲线可以反映所述关系。所预期的变换曲线例如可以在受控的条件下通过记录平均值和磁场的实际角度位置来确定。所预期的变化曲线也可以在使用处理规则的情况下确定。

可以从第一信号电平、第二信号电平和第三信号电平求取平均值。在电动机中，当三个霍尔传感器彼此具有120°的角度偏移时，可以利用这三个霍尔传感器实现60°的角度分辨率。在所有部件的常规功能情况下，平均值可以具有规则的变化曲线，该变化曲线在为霍尔传感器的供给电压三分之一的值与为供给电压三分之二的值之间变换。

此外，可以从至少一个另外的信号电平求取平均值。通过附加的霍尔传感器可以实现比在三个霍尔传感器的情况下更高的角度分辨率。例如，可以利用五个规则地设置在磁场周围的霍尔传感器来实现36°的角度分辨率。

具有程序代码的计算机程序产品也是有利的，所述程序代码可以存储在机器可读的载体——如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器——上并且用于当在计算机或设备上实施程序产品时执行根据先前描述的实施方式之一的方法。

附图说明

下面根据附图示例性地详细解释本发明。其中：

图1示出根据本发明的一个实施例的用于监视信号电平的设备的框图；

图2示出根据本发明的一个实施例的用于监视信号电平的方法的流程图；

图3示出根据本发明的一个实施例的具有用于监视信号电平的所连接的设备的电动机的图示；

图4示出根据本发明的一个实施例的霍尔传感器信号和得出的平均值的图示。

在本发明的优选实施例的后续描述中，对于在不同图中示出并且起类似作用的元件使用相同的或类似的参考标记，其中舍弃对这些元件的重复描述。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施例的用于监视信号电平的设备100的框图。信号电平可以通过用于检测磁场的霍尔传感器产生。该设备具有用于求取的装置102和用于比较的装置104。用于求取的装置102构造用于求取信号电平的平均值。用于比较的装置104构造用于比较平均值的变化曲线与平均值的所预期的变化曲线106。所预期的变化曲线106具有第一值和至少一个不同于第一值的第二值的特征性时间序列。装置104构造用于，当平均值与所预期的变化曲线106偏离得大于公差范围时，提供故障报告108。

图2示出根据本发明的一个实施例的用于监视信号电平的方法200的流程图。方法200适合用于监视通过用于检测磁场的霍尔传感器所产生的信号的信号电平。方法200具有求取的步骤202和比较的步骤204。在求取的步骤202中求取信号电平的平均值。在比较的步骤204中比较平均值的变化曲线与平均值的所预期的变化曲线。所预期的变化曲线具有第一值和至少一个不同于第一值的第二值的特征性时间序列。当平均值与所预期的变化曲线偏离得大于公差范围时，提供故障报告。

图3示出根据本发明的一个实施例的具有用于监视信号电平的所连接的设备100的电动机300的图示。设备100在此相应于如图1中所示的用于监视的设备。设备100也可以称作电子控制单元（ECU）。电动机300具有位置监视装置302。位置监视装置302具有提供第一信号的第一霍尔传感器、提供第二信号的第二霍尔传感器和提供第三信号的第三霍尔传感器。这些霍尔传感器分别提供二进制信号，其中第一信号值代表霍尔传感器处的磁通量小于阈值，并且第二信号值代表霍尔传感器处的磁通量大于阈值。位置监视装置302通过线路304与设备100连接。通过供给线路306给位置监视装置302供给供给电压（Vcc），该供给电压相对于接地线路308施加。第一信号线路310将第一霍尔传感器与设备100连接，以便传输第一信号，第二信号线路312将第二霍尔传感器与设备100连接，以便传输第二信号，并且第三信号线路314将第三霍尔传感器与设备100连接，以便传输第三信号。信号线路310、312、314与用于求取所述三个信号的平均值的装置102连接。用于求取的装置102具有第一电阻316、第二电阻318和第三电阻320，第一电阻连接在第一信号线路310与中心点之间，第二电阻连接在第二信号线路312与中心点之间，第三电阻连接在第三信号线路314与中心点之间。在该实施例中，第一电阻316等于第二电阻318并且等于第三电阻320。在中心点处，通过信号相加求平均值。中心点与用于比较的装置104连接并且为用于比较的装置104提供作为模拟信号的平均值。用于比较的装置104在此是处理器322（CPU）的组成部分。处理器322附加地直接与信号线路310、312、314连接。处理器322构造用于，基于三个信号在信号线路310、312、314上的特征性信号模式求取电动机300中的磁场的位置。用于比较的装置104构造用于，将平均值与平均值的所预期的时间变化曲线进行比较。所预期的变化曲线保存在用于监视的设备100中。当平均值与所述变化曲线偏离得大于公差范围时，用于比较的装置104提供故障报告。

图4示出根据本发明一个实施例的霍尔传感器信号400和得出的平均值402的图示。示出三个二进制信号400，其彼此具有120°的相位偏移。信号400之一的完整的振荡在此代表电动机的磁场的一次完整的旋转。信号400是三个霍尔传感器的输出信号，所述三个霍尔传感器检测磁场并且通过如图3中的三个信号线路被提供。时间上彼此相关地示出这些信号400。在第一范围404中，这些信号400具有无干扰情况下的有规律的变化曲线。在第二范围406中，这些信号400中的至少一个具有干扰。在这些信号400下方示出平均值402。平均值402时间上与信号400相关地设置。时间值在所有图示中彼此对准。时间值也直接代表电动机中磁场的角位。信号400各具有高电压值和低电压值。高电压值在此相应于霍尔传感器的供给电压。低电压值在此具有地电势。信号400周期性地在高电压值与低电压值之间变换。平均值402可以具有地电势作为最小的值。平均值402最大具有由所有三个信号组合的电压。然而，由于这些信号400中的120°的相位偏移，这些信号400中的至少一个始终具有高电压值并且这些信号400中的至少一个始终具有低电压值。由此，第一范围404中的平均值402每隔60°就在为最大值三分之一的第一值408与为最大值三分之二的第二值410之间变换。平均值402在值408、410之间过渡时分别在没有过冲的情况下渐进式地接近目标值。直到稳定达到目标值之前，经过一小的时间段。在过渡时，平均值402非常快速地通过过渡区域412，所述过渡区域并不分配给任何状态。只要平均值402在预给定的时间段内通过过渡区域412并且随后保留在第一值408周围的第一公差带内或在第二值410周围的第二公差带内，用于比较的设备就不提供故障报告。因此，公差带是静态允许的，过渡区域412仅是动态允许的。位于第一公差带与地电势之间的第一阻带如位于第二公差带与最大值之间的第二阻带那样同样是被禁止的。

在第二范围406中示出信号400中的不同故障。例如在第二信号中示出线路缺陷414。由于线路缺陷414，第二信号提前从高电压值落到低电压值，而第一信号和第二信号不受干扰。由于线路缺陷414，平均值402从第二值410落到第一值408。因为线路中断，所以平均值402足够快速地通过过渡区域412并且随后具有第一值408。因此，平均值402满足所预期的标准并且没有提供故障报告。在电动机中的磁场迁移60°之后，第一信号如所规定的那样从高电压值落到低电压值。因此，平均值402从第一值408落到地电势并且因此落入第一阻带中。在第一阻带中，平均值位于所预期的标准之外，并且第一故障报告416被提供。由故障报告416可以直接识别出，故障涉及第二信号。

随后，示例性地示出所有传感器处的供给电压的电压降418。由于电压降418，信号400分别没再达到高电压值。低电压值在所示的故障情况下保持相同。因为通过所述三个信号400在图3中所示电阻的抽头中相加来求平均值402，所以平均值402整体上下降到比先前更低的值。然而，由于第一值408和第二值410以及具有绝对值的过渡区域412保存在用于比较的装置中，所以一旦平均值402比预给定的时间段长地保持在第一公差带之外以及第二公差带之外就提供第二故障报告420。故障报告420可以将电压降418命名为故障原因，从而可以有针对性地消除故障原因。

为了监视尤其是EC电动机的霍尔传感器信号400，三个待监视的霍尔信号400可以通过二极管网络关联并且通过测量得到的电压可以推断出霍尔传感器供给电压。通过在此提出的方案，可以在不使用二极管的情况下监视这些霍尔传感器信号400。在此，不求取三个霍尔信号400的最大电压，而是求取算术平均值402。评估可通过如图3中所示的硬件设备实现，但也可通过微控制器中的软件功能实现。

因为在从一个静态允许的电压值408过渡到另一静态允许的电压值410时短暂地经过非静态允许的电压区域412，所以评估设备可以识别该过渡状态并且短暂允许所述过渡状态，而不触发故障报告。在硬件实现的情况下，这可以通过后接的滤波器功能实现。替代地，软件功能可以执行滤波。

所描述的和在图中示出的实施例仅仅是示例性地选择的。不同的实施例可以完全地或关于各个特征地彼此组合。一个实施例也可以通过另一个实施例的特征来补充。

此外，可以重复地以及以不同于所描述的顺序的顺序实施根据本发明的方法步骤。

如果实施例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”关联，则这可以解读为：所述实施例根据一个实施方式具有第一特征以及第二特征，并且根据另一个实施方式或者仅仅具有第一特征，或者仅仅具有第二特征。

Claims (9)

1.一种用于监视通过用于检测磁场的霍尔传感器所产生的信号（400）的信号电平的方法（200），其中所述方法（200）具有以下步骤：

求取（202）所述信号电平的平均值（402），

比较所述平均值（402）的变化曲线与平均值的所预期的变化曲线（106），其中所预期的变化曲线（106）具有第一值（408）和至少一个不同于所述第一值（408）的第二值（410）的特征性时间序列，其中当所述平均值（402）与所预期的变化曲线（106）偏离得大于公差范围时，提供故障报告（108；416，420）。

2.根据权利要求1所述的方法（200），其中在比较的步骤（204）中，当所述平均值（402）比预先确定的过渡时间长地停留在所述第一值（408）周围的第一公差带之外或所述第二值（410）周围的第二公差带之外时，提供故障报告（108；416，420）。

3.根据权利要求2所述的方法（200），其中在比较的步骤（204）中，当所述平均值（402）比过渡时间长地停留在所述第一公差带或所述第二公差带或至少一个另外的公差带之外时，提供故障报告（108；416，420），其中所述另外的公差带与所述第一公差带和/或所述第二公差带相邻地设置。

4.根据权利要求2至3之一所述的方法（200），其中在比较的步骤（204）中，所述故障报告（108；416，420）包括附加信息，所述附加信息代表所述平均值（402）偏离哪个公差带和/或所述平均值（402）是随后停留到上升的信号边沿处还是随后停留到下降的信号边沿处。

5.根据以上权利要求之一所述的方法（200），其中在比较的步骤（204）中，从所述平均值（402）检测由所述霍尔传感器监视的磁场的位置信息，其中从所述平均值（402）的当前信号电平和所述磁场的角度位置的关系确定所述位置信息。

6.根据以上权利要求之一所述的方法（200），其中在求取的步骤（202）中，从第一信号电平、第二信号电平和第三信号电平求取所述平均值（402）。

7.根据权利要求6所述的方法（200），其中在求取的步骤（202）中，还从至少一个另外的信号电平求取所述平均值（402）。

8.一种用于监视通过用于检测磁场的霍尔传感器所产生的信号（400）的信号电平的设备（100），其中所述设备（100）具有以下特征：

用于求取的装置（102），其构造用于求取所述信号电平的平均值（402）；和

用于比较的装置（104），其构造用于比较所述平均值（402）的变化曲线与平均值（402）的所预期的变化曲线（106），其中所预期的变化曲线（106）具有第一值（408）和至少一个不同于所述第一值（408）的第二值（410）的特征性时间序列，其中该装置构造用于，当所述平均值（402）与所预期的变化曲线（106）偏离得大于公差范围时，提供故障报告（108；416，420）。

9.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有程序代码，所述程序代码用于当在设备上实施程序产品时执行根据权利要求1至7之一所述的方法。

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