CN105526857A - 用于容错地检测旋转角的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于容错地检测旋转角的方法，尤其一种用于容错地检测信号的方法，利用了至少三个传感器，其中，传感器检测电动机的转子的角位置，其中，根据借助传感器检测到的转子的角位置执行电动机的换向，其中，为三个传感器的信号的已确定的状态保存针对转子的角位置，其中，也保存具有发生故障的传感器的状态，其中，检测状态的顺序，其中，将检测到的状态与保存的状态相比较，以及其中，借助该比较识别出发生故障的传感器。

Description

用于容错地检测旋转角的方法
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1所述的方法、一种按权利要求11所述的评估线路和一种按权利要求12所述的电动机。
背景技术
由现有技术公知若干成本低廉的角度感知原理，它们仅由霍尔开关构成。例如在电动车中在电动机中安装三个相移位的霍尔开关，以便实现针对电驱动器的换向的控制信号。若三个霍尔传感器中的一个发生故障，那就很难用公知的方式实现电动机的可靠的换向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于针对电动机的换向容错地检测旋转角的方法。
本发明的这个技术问题通过按权利要求1所述的方法、按权利要求11所述的评估线路和按权利要求12所述的电动机解决。扩展设计在从属权利要求中说明。
所说明的方法的一个优势在于，在传感器故障时还能实现电动机的足够好的换向。这一点由此达到，即，在传感器故障时，基于传感器的信号状态的顺序对转子的旋转角进行估计。
为此设至少三个传感器，其中，传感器检测电动机的转子的角位置，其中，根据借助传感器检测到的转子的角位置执行电动机的换向，其中，针对三个传感器的信号的已确定的状态保存转子的角位置，其中，也保存具有发生故障的传感器的状态，其中，检测状态的顺序，其中，将检测到的状态与保存的状态相比较，以及其中，借助该比较来识别出发生故障的传感器。
在一种实施形式中，在识别出发生故障的传感器后，将所检测的状态的顺序与储存的状态的顺序相比较，以及其中，基于该比较来确定哪个传感器发生了故障。由此实现了对发生故障的传感器的一种安全且简单的检测。
在一种实施形式中，将所检测的状态的顺序与储存的针对有发生故障的传感器的电动机的已确定的运行工况的状态的顺序相比较，以及其中，通过该比较获取发生故障的传感器。由此达到快速获取发生故障的传感器。
在另一种实施方案中，在识别到发生故障的传感器时，为至少一个状态储存一个相对无故障的情形加以修正的角度值，以及其中，经修正的角度值被用于该状态。由此进一步精确化角度检测。
在另一种实施方案中，将所检测的状态的顺序与储存的状态的顺序相比较，其中，借助比较识别到了多种可能的故障情况中的一种，其中，为可能的故障情况设置各一分配表格，其中，在分配表格中为若干状态储存角，以及其中，使用为识别出的故障情况所储存的分配表格来为识别到的状态使用储存在分配表格中的角。所述方法因此变得更为精确和简单。
在另一种实施方案中，在识别到一个传感器发生故障的状态时，修正用于先前的状态的角度值和/或用于后续的状态的角度值，其中，角度值尤其以特别通过转子的电的转动最小化角误差的方式被修正。
在另一种实施方案中，哪个传感器失效的信息被移交给子系统。子系统可以是转速检测装置。
在一种实施方案中，为了启动电驱动器，至少在电动机的第一次转动期间就经控制地执行换向。
在一种实施方案中，设带有状态获取机构的评估线路，其中，状态获取机构被构造用于获取一个状态，其中，一个状态包括三个用于获取转子的角位置的传感器的信号，其中，设故障定位机构，其中，故障定位机构被构造用于基于状态的顺序识别出故障情况，其中，设选择单元，其中，选择单元被构造用于根据识别到的故障情况将已确定的角分配给状态，以及其中，设一个分配单元，其中，分配单元被构造用于根据状态为该状态发出由选择单元确定的角。
该方法和评估线路可以使用在电动机中，尤其可以使用在电动车的电动机中。
附图说明
下文中借助附图详细阐释本发明。附图中：
图1是带有控制线路的电动机的示意图；
图2是电动机的控制线路的三个传感器的信号变化曲线的示意图；
图3是带有针对正常运行的信号状态的一表格；
图4是针对第三传感器有故障的信号状态的第一故障表格，传感器被保持在低的信号水平上；
图5是针对第三传感器有故障的信号状态的第二张故障表格，传感器被保持在高的信号水平上；以及
图6是用于容错地识别转子的旋转角的评估线路。
具体实施方式
图1在示意图中示出了一种布置，其带有电动机1、控制线路2、换向器线路3、传感器装置4和评估线路6。电动机1可以例如用作电动车中的驱动马达。电的电动机1例如被构造成三相的或三线的EC马达。在电动机1中示出了仅一个定子，其带有三个电错开各120°的绕组相。一个相关的永磁的转子未被示出。在所示的例子中，绕组相以星形线路连接，不过其中，绕组相的一种三角形线路也是可行的。绕组相通过相接头与构造成半导体桥的换向器线路3连接。换向器线路3由六个功率半导体构成，这六个功率半导体由控制线路2，更确切地说根据转动位置，也就是说根据转子的机械的旋转角提供控制信号。此外，将一个扭矩信号7输送给控制线路2，扭矩信号考虑到了用于影响电动机力矩的控制线路2。
为了产生磁性的定子旋转场，通过控制线路2由此在分别循环交替的组合中控制换向器线路3的功率半导体，即，使绕组接头与直流电源8的正的或负的接头连接，或者高阻抗地与直流电源8分离。为了求出转子的电的旋转角，设传感器装置4。传感器装置4具有第一、第二和第三传感器9、10、11。第一、第二和第三传感器9、10、11可以例如构造成霍尔传感器的形式。三个传感器9、10、11错开120°地围绕转子的电的转动轴布置。在霍尔传感器的情形下，每一个传感器都可以确定转子的至少两个旋转角，一个通过上升的边沿以及一个通过下降的边沿。因此可以借助三个传感器9、10、11分别检测转子的至少一个确定的60°、120°、180°、240°、300°和360°的旋转角。
图2在示意图中示出了第一传感器9的第一信号变化曲线12、第二传感器10的第二信号变化曲线13和第三传感器11第三信号变化曲线14。信号变化曲线12、13、14与转子的电的旋转角相关地绘出。在旋转角为0°时，第一传感器9具有从高水平到低水平的转化，也就是说具有下降的边沿。第二传感器10的第二信号变化曲线13处于高水平。第三传感器11的第三信号变化曲线14处于低水平。在角为60°时，第三信号变化曲线14随上升的边沿从低水平上升到高水平。在旋转角为120°时，第二信号变化曲线13随下降的边沿从高水平下降到低水平。在角为180°时，第一信号变化曲线12随上升的边沿从低水平上升到高水平。在角为240°时，第三信号变化曲线14随下降的边沿从高水平下降到低水平。在角为300°时，第二信号变化曲线13随上升的边沿从低水平上升到高水平。在360°时，同时也是转子的新的一次电转动的0°时，第一信号变化曲线12随下降的边沿从高水平下降到低水平。因此可以借助信号变化曲线12、13、14的上升的和下降的边沿检测转子的六个限定的电的旋转角位置。
图3在表格22中示出了传感器9、10、11的信号变化曲线12、13、14的信号状态的时间走向。在对应转子的旋转角的在0°到60°之间的角范围的零状态下，第一信号变化曲线12具有低水平，其用数字0表示。第二信号变化曲线13具有高水平，其用数字1表示。第三信号变化曲线14具有低水平，其用数字0表示。此外，在表格中还示出了信号变化曲线12、13、14针对第一、第二、第三、第四和第五种状态的信号状态。第一种状态涉及转子的电的旋转角的在60°到120°之间的角范围，第二种状态涉及在120°和180°之间的角范围，第三种状态涉及在180°和240°之间的角范围，第四种状态涉及在240°和300°之间的角范围以及第五种状态涉及在300°和360°之间的角范围。在零状态0下，为转子采用30°的角。在第一种状态1下，为转子采用90°的角。在第二种状态2下，为转子采用150°的角。在第三种状态3下，为转子采用210°的角。在第四种状态4下，为转子采用270°的角。在第五种状态5下，为转子采用330°的角。
在传感器故障时出现了一些在正常运行中不会出现的信号状态。这些故障状态是：每一个传感器都有高的电平或每一个传感器都有低的电平。第一种故障状态20对应全部三个传感器都具有低的信号水平的情形。第二种故障状态21对应所有的传感器都具有高的信号水平的状态。可以独立于其它信息地不将转子的角度值分配给这两种故障状态20、21。
图4以第二张表格23的形式示出了传感器的信号状态的顺序。信号状态从上到下按时间相继。在检测信号状态时，电动机的转动方向也可能发生变化。在第二张表格23中，在第一栏31中示出了传感器在电动机正常运行时应当的额定状态。在此，信号状态的过程如下：0、1、2、3、4、5、0、1、2等。除了第一栏31外，在其它栏中示出了针对信号变化曲线12、13、14的局部受到干扰的信号的值。用0表示低水平以及用1表示高水平。此外，在最后一栏32中示出了传感器的由此得出的实际状态。通过识别到是正常时不会出现的信号状态的第一种故障状态20，由控制线路2识别出发生故障的传感器。
图5示出了针对状态的过程的第三张表格24。在第三张表格24中，在第一栏31中又示出了针对电动机的正常运行的额定状态。在正常运行时，状态的顺序应当如下：0、1、2、3、4、5。在最后一栏32中示出了实际状态，也就是说真实的状态。此外还示出了针对信号变化曲线12、13、14的局部受到干扰的信号的值。用0表示低水平以及用1表示高水平。在此，示出了针对实际状态的第二种故障状态21。第二种故障状态21表示在正常情况下不会出现的情形，即，全部三条信号变化曲线12、13、14都具有高水平。通过识别到表示正常时不会出现的信号状态的第二种故障状态21，由控制线路2识别出了发生故障的传感器。图3、4、5的表格例如被储存在评估线路6中。评估线路6从三个传感器9、10、11那里得到了第一、第二和第三信号变化曲线12、13、14。因此评估线路6可以在三个传感器9、10、11的正确的工作模式下分别在信号变化曲线12、13、14的水平转变时，也就是说在一个边沿上识别到转子的一个限定的旋转角，如借助图2和3阐释的那样。若现在例如第三传感器11故障，那么评估线路6就通过比较由传感器9、10、11提供的信号状态以及图3的表格识别到这一点，其中，图3的表格被保存在信号评估线路6的存储器15中。
图6示出了评估线路6的结构的一个实施例。传感器9、10、11的第一、第二和第三信号变化曲线12、13、14被输送给评估线路6。信号变化曲线12、13、14被递交给状态获取机构16。状态获取机构16基于信号状态的值识别到了八种可能的状态中的一种。八种可能的状态由状态0、1、2、3、4、5和两个故障状态20、21形成。状态获取机构16将识别到的状态17告知分配单元18。识别到的状态可以是状态1、2、3、4、5、20、21中的仅一种。
由状态获取机构16识别到的状态，也就是说状态0、1、2、3、4、5以及第一和第二故障状态20、21，也被进一步交给故障定位机构19。在故障定位机构19中，借助状态的顺序求出，哪个传感器9、10、11发生故障。为此，检查转子的至少一次电转动的实际状态的顺序，以便确定哪个传感器发生故障。故障定位机构19辨认出了可能的状态1、2、3、4、5、20、21。此外，故障定位机构19还辨认出了针对可能的故障状态的可能的状态的顺序。为此，针对状态的顺序的相应的表格被保存在故障定位机构19中。此外，故障定位机构19也辨认出了针对电动机的期望的运行的额定状态的顺序。借助对出现的状态的顺序和可能的状态的顺序的简单对比，故障定位机构19识别出哪个传感器发生故障以及传感器发出了哪个错误信号。在此可以识别出六个故障情况和一个无故障的情况。六个故障情况涉及三个传感器，其中，每一个传感器都可以被保持在高水平上或低水平上。若两个传感器发生故障，那么通常不再能进行角度识别。
由故障定位机构19识别到的情况被进一步传递给选择块25。在选择块25中为可能的七种情况的每一种都保存一分配表格41、42、43、44、45、46、47，这些分配表格针对七种可能的情况的每一种为每一种可能的状态1、2、3、4、5、20、21都分配一个角。根据由故障定位机构识别到的情况，为状态1、2、3、4、5、20、21分配不同的角。无论是针对故障状态20、21的角，还是针对状态1、2、3、4、5的角，都可以根据有一个发生故障的传感器的六种可能的情况而采用不同的值，也就是说，相对无故障的情况加以修正的角度值。角度值可以例如以这样一种方式针对带有一个故障的传感器的情况加以修正，即，减少，特别是最小化关于转子的一次电的转动的所有状态的总的角度误差。分配表格41、42、43、44、45、46、47被事先求出和储存。
为了安全的识别，故障定位机构19通常需要至少针对转子的整个电的转动的已检测到的状态。因此故障定位机构19可以将识别到的情况通常在转子的一次电的转动之后才移交给选择单元23。因此选择单元23通常在转子的一次电的转动之后才将分配给各种情况的分配表格41、42、43、44、45、46移交给分配单元18。
分配单元18为由状态获取机构16提供的状态1、2、3、4、5、20、21以及根据针对状态的分配表格41、42、43、44、45、46、47求出了储存在表格中的角以及将修正角告知控制线路2或子系统。在初始情况下，分配单元可以使用对应传感器的无故障运行的第一分配表格31。分配单元18基于第一分配表格31求出了下列针对若干状态的角度值：针对零的状态0，为转子采用30°的角。针对第一种状态1，为转子采用90°的角。针对第二种状态2，为转子采用150°的角。针对第三种状态3，为转子采用210°的角。针对第四种状态4，为转子采用270°的角。针对第五种状态5，为转子采用330°的角。相应的角被作为瞬时的旋转角位置进一步告知给控制线路2或子系统，如转速检测装置。
另外的分配表格针对至少一种状态具有另一个角度值。
根据所选择的实施方案，经修正的角度值对应针对正确运行的传感器的状态规定的角度值。
在另一种实施方案中，经修正的角度值可以根据所检测的状态的顺序被确定，其中，经修正的角度值不同于在正确运行的传感器中的角度值。此外，可以根据所选择的实施方案，为在故障状态20、21之前和/或之后的状态中的至少一个，也分配经修正的角度值，尽管针对在前的或随后的状态识别出了无故障的状态0、1、2、3、4、5。优选以最小化角度误差的方式来选择经修正的角度值。
此外，发生故障的传感器通过信号线路20被进一步通知给子系统，例如转速检测装置。
借助所说明的方法，尽管有一个传感器发生故障，但仍能借助两个传感器达到对电动机1的控制的足够的精确度，特别是达到对电动机1借助控制线路2和换向器线路3的换向的足够的精确度。

Claims (12)

1.用于利用至少三个传感器容错地检测信号的方法，其中传感器检测电动机的转子的角位置，其中根据借助传感器检测到的转子的角位置执行电动机的换向，其中为所述三个传感器的信号的已确定的状态保存针对转子的角位置，其中也保存具有发生故障的传感器的状态，其中检测状态的顺序，其中将检测到的状态与保存的状态相比较，并且其中借助该比较识别出发生故障的传感器。
2.按权利要求1所述的方法，其中，在识别出发生故障的传感器后将所检测的状态的顺序与储存的状态的顺序相比较，并且其中，基于该比较确定哪个传感器发生了故障。
3.按权利要求2所述的方法，其中，将所检测的状态的顺序与储存的针对具有发生故障的传感器的电动机的所确定的运行工况的状态的顺序相比较，并且其中，通过该比较获取发生故障的传感器。
4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在识别到发生故障的传感器时为至少一个状态储存一个相对无故障的情形加以修正的角度值，并且其中，将经修正的角度值用于该状态。
5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所检测的状态的顺序与储存的状态的顺序相比较，其中借助所述比较识别出多个可能的故障情况中的一种，其中为所述可能的故障情况设置各一分配表格，其中在所述分配表格中为所述状态储存角，并且其中，使用为识别出的故障情况储存的分配表格来为识别到的状态使用储存在所述分配表格中的角。
6.按权利要求5所述的方法，其中，分配表格被事先求出并储存。
7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在识别到发生故障的传感器的状态时也修正用于先前的状态的角度值和/或用于后续的状态的角度值，特别是用最小化角误差的方式修正。
8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将哪个传感器失效的信息移交给子系统。
9.按权利要求8所述的方法，其中，使用转速检测装置作为所述子系统。
10.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了启动电驱动器而至少在电动机的第一次转动期间经控制地执行换向。
11.带有状态获取机构（16）的评估线路，其中，所述状态获取机构（16）被构造用于获取状态，其中一个状态包括三个用于获取转子的角位置的传感器的信号，其中设置了故障定位机构（19），其中所述故障定位机构（19）被构造用于基于状态的顺序来识别出故障情况，其中设置了选择单元，其中所述选择单元被构造用于根据所识别的故障情况将确定的角分配给所述状态，并且其中设置了分配单元（18），其中所述分配单元（18）被构造用于根据所述状态来为该状态发出由所述选择单元（19）确定的角。
12.电动机，尤其用于电动车，带有按权利要求11所述的评估线路。
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