CN107743576A - 用于核准转角传感器的信号的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于核准转角传感器的信号的装置和方法。所述装置构造有：正弦信号提供设备（11），其被设计用于提供转角传感器（12）的正弦信号（51）；余弦信号提供设备（12），其被设计用于提供转角传感器（12）的余弦信号（52）；计算设备（14），其被设计用于基于所述正弦信号（51）和所述余弦信号（52）来形成计算信号（53）；最大值确定设备（16），其被设计用于确定所述计算信号（53）的最大值；最小值确定设备（18），其被设计用于确定所述计算信号（53）的最小值；确定设备（20），其被设计用于作为或者基于在所确定的最大值和所确定的最小值之间的差的量值来确定差信号（56），所述差信号表明在正弦信号（51）的幅值和余弦信号（52）的幅值之间的幅值差；以及核准设备（22），其被设计用于：如果所述差信号（56）位于预先确定的范围内，核准正弦信号（51）和余弦信号（52）。

Description

用于核准转角传感器的信号的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于核准尤其用于电机的转子的转角的转角传感器的信号的装置和方法。尤其，本发明涉及用于核准转角传感器、例如分解器的输出信号的装置和方法。

背景技术

电动车辆和混合动力车辆正变得越来越重要。对于正如在这样的车辆中所使用的永久励磁的同步电机（PSM）和电励磁的同步电机（ESM）的调节，需要知道这样的电机的转子位置角。此外，为了调节异步电机（ASM），驱动器的电频率的了解是必要的。为了求取转子位置角或电频率能够使用各种传感器类型。例如，基于涡流效应的传感器、分解器或数字式角传感器是可行的。

分解器在此例如被正弦状的载波信号激励。作为分解器的接收器信号，在此通常获得受到干扰的幅值调制的电压，从该电压的包络端能够获得关于转子位置的信息。

用于检测转角的装置（其在下文中称为转角传感器）通常使用比例于与时间有关的转角的正弦的正弦信号，和/或比例于转角的余弦的余弦信号，或者这些信号被使用在信号处理中以计算该转角。

德国专利申请DE 10 2011 078 583 A1例如公开了车辆中的分解器-传感器信号的评估。分解器-传感器对此接收转子的转动运动，并且处理器元件处理分解器的正弦或余弦状的输出电压。

对于分解器来说，能够从来自定子绕阻的输出电压推断出转子的角位置。传统的评估电路对来自定子绕组的接收器信号的品质做出明确的和隐含的要求。

如果这样的正弦信号和这样的余弦信号具有不同的幅值，则这能够例如在借助于反正切计算转角也就是说角位置时导致在转角计算中的误差。

因此存在对于用于求取和核准正弦信号和余弦信号的幅值差的方法和装置的需求。

发明内容

对此，本发明建立了一种具有专利权利要求1的特征的装置以及具有专利权利要求6的特征的方法。

据此设置一种用于核准转角传感器的信号的装置，所述装置具有：正弦信号提供设备，其被设计用于提供转角传感器的正弦信号，该正弦信号表明与时间有关的转角的正弦函数；余弦信号提供设备，其被设计用于提供转角传感器的余弦信号，该余弦信号表明与时间有关的转角的余弦函数；计算设备，其被设计用于基于所提供的正弦信号和所提供的余弦信号来形成计算信号；最大值确定设备，其被设计用于确定计算信号的最大值；最小值确定设备，其被设计用于确定计算信号的最小值；确定设备，其被设计用于作为或者基于在所确定的最大值和所确定的最小值之间的差的量值来确定差信号，该差信号表明在正弦信号的幅值和余弦信号的幅值之间的幅值差；以及核准设备，其被设计用于：如果差信号位于预先确定的范围内，核准正弦信号和余弦信号。

该转角能够尤其是同步电机的转子的转子位置角。将核准尤其理解为把所求取到的信号的值归类作为可信，也就是说作为可靠和/或作为基于正确的测量。在所求取到的信号的进一步处理中，优选仅考虑信号的这样的值，所述值被归类作为可信。核准能够包括输出信号，该信号表明所求取到的信号的信度。

本发明还提供了一种用于核准转角传感器的信号的方法，所述方法具有步骤：提供转角传感器的正弦信号，该正弦信号表明与时间有关的转角的正弦函数；提供转角传感器的余弦信号，该余弦信号表明与时间有关的转角的余弦函数；基于所提供的正弦信号和所提供的余弦信号来形成计算信号；确定计算信号的最大值；确定计算信号的最小值；作为或者基于在所述最大值和所述最小值之间的差的量值来确定差信号，该差信号表明在正弦信号的幅值和余弦信号的幅值之间的幅值差；以及如果差信号位于预先确定的范围内，核准正弦信号和余弦信号。

把提供正弦或者余弦信号能够尤其理解为正弦信号或余弦信号的接收或产生。

所述方法能够尤其连续地例如对于正弦信号和/或余弦信号的每个周期进行一次执行。

发明优点

本发明所基于的认知在于，计算和/或核准在转角传感器的正弦信号和余弦信号之间的幅值差能够基于单个的计算信号，该计算信号是正弦信号的以及余弦信号的函数。

根据本发明，能够直接在转动电机、尤其同步电机的转子经过电周期之后，存在用于在正弦信号的幅值和余弦信号的幅值之间的幅值差的值，而这些幅值不必单个地被估计或者获知。因为不必执行繁琐的估计方法，由此根据本发明的方法尤其能够快速执行。

有利的实施方式和改型方案由从属权利要求中以及从说明书中参照附图而得出。

根据一个有利的改型方案，最大值确定设备和最小值确定设备被设计用于：在正弦信号和余弦信号的预先确定的时段内，和/或在转子的预先确定的数量的完整的电转内，确定所述最大值和最小值。尤其，最大值确定设备和最小值确定设备能够被设计用于：在正弦信号和余弦信号的周期持续时间内，和/或在转子的正好一个完整的电转内，确定所述最大值和最小值。由此，幅值差的尤其快速的核准是可行的。

根据一个另外的有利的改型方案，计算信号基于正弦信号的平方与余弦信号的平方。根据一个另外的有利的改型方案，计算设备被设计用于：基于正弦信号的平方与余弦信号的平方的和，或者基于来自所提到的和的根，确定计算信号。根据一个另外的有利的改型方案，计算设备被设计用于：作为来自正弦信号的平方与余弦信号的平方的和的根，确定计算信号。由此，具有对于核准足够的内容的有说服力的计算信号能够利用小的技术成本来产生。

按照根据本发明的方法的一个有利的改型方案，在正弦信号和余弦信号的预先确定的时段内，和/或在转子的预先确定的数量的完整的电转内，确定所述最大值和最小值。尤其，能够在正弦信号与余弦信号的周期持续时间内，和/或在转子的正好一个完整的电转内，确定所述最大值和最小值。

根据一个另外的有利的改型方案，计算信号基于正弦信号的平方与余弦信号的平方。根据一个另外的有利的改型方案，计算信号基于来自正弦信号的平方与余弦信号的平方的和的根，或者等于来自正弦信号的平方与余弦信号的平方的和的根。

附图说明

在下文借助于在附图的示意图中说明的实施例更加详细地阐释本发明。其中：

图1示出了按照本发明的一个实施方式的电驱动系统的示意的框图；

图2示出了按照本发明的另一个实施方式的用于核准转角传感器的信号的装置的示意图；并且

图3示出了用于阐释按照本发明的再一个另外的实施方式的用于核准转角传感器的信号的方法的示意流程图。

在所有的附图中，只要没有另外说明，相同的或者说功能相同的元件和装置就设有同样的附图标记。方法步骤的编号是用于清楚，并且只要没有不同地说明，尤其不应暗示特定的时间顺序。尤其，多个方法步骤也能够同时执行。

具体实施方式

图1示出了按照一个实施方式的电驱动系统的示意的框图。电机3由电能量源5经过变流器4来供应。例如，电能量源5能够指的是电动车辆的牵引电池组。电机3能够例如指的是永久励磁的同步电机、电励磁的同步电机，当然也或者异步电机。原则上此外其它的电机也是可行的。三相的电机3的在这里所示的实施方式在此仅表现为示例的实施方式。此外，具有与三不同的数量的相的电机也是可行的。变流器4转换由电能量源5所提供的电能，并且把经转换的电能提供用于操控所述电机3。电机3的操控能够在此基于控制装置1的预先设定或控制信号来进行。此外，在电机3制动时，动能也能够通过电机3转化为电能，并且该电能经过变流器4供馈到能量源5的电储能器中。

对于调节永久励磁的或电励磁的同步电机，在该电机中的转子的位置的了解是必要的。此外，对于调节异步电机而言，了解这样的电机的电频率是必要的。对此，电机3能够与转角传感器2耦合。例如，转角传感器2能够与电机3的传动轴耦合。例如，为了确定电机3的转子位置和/或电频率，基于涡流效应的传感器、数字式角传感器信号或者所谓的分解器是可行的。

在分解器中，一般在壳中布置有两个在电方面以90°偏置的定子绕阻，该定子绕阻包封支承在所述壳中的具有激励绕组的转子。原则上，用于求取角位置的不同的备选方案是可行的，其中在下文示例地说明了一个可行方案。例如，转子绕组能够利用正弦状的交变电压来激励。在所述两个定子绕阻中被感应的电压的幅值在此依赖于转子的角位置，并且表明转子的角位置的正弦（原始正弦信号）和转子的角位置的余弦（原始余弦信号）。在原始正弦信号和原始余弦信号中，通过被激励的交变电压所感应的电振动通过转子的运动被调制幅值。由此能够通过原始正弦信号和原始余弦信号的解调制，从两个定子绕阻的信号的包络端的反正切（arctan）中计算所述转子的角位置。

转子的角位置的求取或电频率的求取在此在控制装置1中进行。为了核准，信号正如下文说明那样被处理。控制装置1另外包括根据本发明的装置10，以用于核准转角传感器2的信号，正如该装置借助于图2更加详细地阐释的那样。

图2示出用于核准转角传感器2的信号的装置10的示意图。

转角传感器2的正弦信号51通过正弦信号提供设备11并且转角传感器2的余弦信号52通过装置10的余弦信号提供设备12提供。尤其，如果转角传感器2指的是分解器，则传感器信号也即原始正弦信号51'和原始余弦信号52'的解调制能够通过正弦信号提供设备11和余弦信号提供设备12执行。

正弦信号提供设备11和余弦信号提供设备12能够包括各一个模拟数字转换器。如果分解器的模拟的经调制的原始正弦信号51'或模拟的经调制的原始余弦信号52'通过正弦信号提供设备11和余弦信号提供设备12接收，则通过正弦信号提供设备11和余弦信号提供设备12能够分别首先执行模拟至数字转换并且然后执行数字解调制，或者首先执行原始正弦信号51'或原始余弦信号52'的模拟的解调制并且执行相应联接的模拟至数字转换。唯一的模拟数字转换器也能够不仅由正弦信号提供设备11而且由余弦信号提供设备12使用。所述一个或多个模拟数字转换器能够被设计用于：使得模拟的传感器信号51'，52'由转角传感器2以固定预先设定的取样频率以及预先确定的分辨率进行取样并且转换成数字信号。

作为备选方案，各一个已经解调制的原始正弦信号51'或原始余弦信号52'也能够例如由作为转角传感器2的转子位置传感器通过正弦信号提供设备11和余弦信号提供设备12接收，并且相应地作为正弦信号51和作为余弦信号52被提供给所述装置10。所述正弦信号提供设备11和余弦信号提供设备12能够拥有相应的或者共同的模拟至数字转换器，以便把可能模拟的被解调制的原始正弦信号51'转换成数字正弦信号51，并且把模拟的被解调制的原始余弦信号52'转换成数字余弦信号52，并且提供给装置10。

作为备选方案，正弦信号提供设备11和余弦信号提供设备12也能够被构造用于：产生正弦信号51或余弦信号52，例如办法是：转角传感器2、正弦信号提供设备11和余弦信号提供设备12彼此集成地构造。

换而言之，由正弦信号提供设备11和由余弦信号提供设备12接收到的传感器信号51'，52'（基于该传感器信号使得正弦信号51和余弦信号52被提供）例如是模拟的被解调制的信号、模拟的被调制的信号或者数字信号。传感器信号51'和52'能够尤其比例于转角的正弦或余弦。

如果正弦信号51称为并且余弦信号52称为，

则正弦信号51能够描述为：

其中，是正弦信号51的幅值，并且余弦信号52描述为：

其中，是余弦信号52的幅值。

接着，通过计算设备14基于所提供的正弦信号51和所提供的余弦信号52形成计算信号53。

尤其，首先通过计算设备14的正弦信号-平方单元将正弦信号51平方，并且通过计算设备14的余弦信号-平方单元将余弦信号52平方。经平方的正弦信号和经平方的余弦信号通过计算设备14的累加单元累加，并且为了输出而作为计算信号53传输给计算设备14的输出单元。

作为替代方案能够设置的是，累加单元的结果被继续转交到计算设备14的根形成单元，而不是到输出单元。根形成单元设计用于：从累加单元的结果中提取根，并且将根的提取的结果为了输出而作为计算信号53传输给计算设备14的输出单元。因为所述根是严格单调的函数，所以如果一种表达本身是极值的，则该表达的根是极值的（extremal）。取代根形成单元，能够设置一般的函数形成单元。函数形成单元能够被设计用于：形成所述累加单元的结果的单调的、尤其严格单调的函数并且传输给输出单元。所述根形成单元能够被视为函数形成单元的特别情况。

如果计算信号53称为，则通过输出单元所述输出的计算信号53能够由此呈现形式：

或者作为备选方案，呈现形式：

。

通过所述装置10的最大值确定设备16，尤其在正弦信号51和余弦信号52的至少一个周期持续时间内，优选在正弦信号51和余弦信号52的周期持续时间的多整数倍内，尤其优选地在正弦信号51和余弦信号52的正好一个周期持续时间内，确定计算信号53的最大值54。通过最小值确定设备18，确定计算信号53的最小值55，尤其正如参照最大值确定设备16所说明的那样。

最大值确定设备16和最大值确定设备18能够为了确定最大值54和最小值55例如通过控制装置1被传输关于转角和/或关于转子的周期的信息。

借助于确定设备20来确定差信号56，该差信号表明了在正弦信号51的幅值和余弦信号52的幅值之间的幅值差。差信号56基于或等于在所确定的最大值54和所确定的最小值55之间的差的量值。

由此，差信号56（如果其称为）能够通过确定设备20在转子（其转角有待被确定）的第n个周期内作为：

从计算信号中确定。

作为备选方案，差信号56能够作为在所确定的最大值54和所确定的最小值55之间的差的量值除以最大值54和最小值55的平均值来确定。差信号56也能够作为在所确定的最大值54和所确定的最小值55之间的差的量值除以最小值54来确定。这两个变型方案是有利的，如果对于转角传感器2没有指定幅值差，而是指定幅值比。

差信号56通过确定设备20传输给核准设备22，该核准设备被设计用于：如果差信号56位于预先确定的范围内，核准正弦信号51和余弦信号52。尤其核准设备22能够构造用于：如果差信号56的值位于阈值以下，核准正弦信号51和余弦信号52。

如果正弦信号51和余弦信号52被核准，则能够通过核准设备22输出信度信号57，该信度信号表明的是，正弦信号51和余弦信号52是可信的，例如通过输出逻辑一。如果这些不可信，则信度信号57能够表明的是，正弦信号51和余弦信号52不可信，例如通过输出逻辑零。

图3示出了用于阐释按照本发明的再一个另外的实施方式的用于核准转角传感器的信号的方法的示意流程图。按照图3的方法尤其能够利用按照图2的装置实施并且能够在所有的结合根据本发明的装置被说明的变型方案和改型方案方面被匹配并且反之亦然。

在步骤S01中，转角传感器2的正弦信号51被接收或产生，该正弦信号包括或者表明与时间有关的转角的正弦函数。在步骤S02中，转角传感器2的余弦信号52被接收或产生，该余弦信号包括或者表明与时间有关的转角的余弦函数。在步骤S03中，计算信号53基于所接收到的或者产生的正弦信号51和所接收到的或者产生的余弦信号52来确定，尤其正如参照图2说明那样来计算。

在步骤S04中，确定计算信号53的最大值54。在步骤S05中，确定计算信号53的最小值55。最大值和最小值54、55的计算有利地分别如上述参照所述装置所说明的那样来进行。尤其，在分解器的完整的电转内求取各一个最大和各一个最小。为了确定最大值和最小值54、55，也能够以公知的方式执行计算信号53的外插和/或内插。

在步骤S06中，作为或者基于在最大值54和最小值55之间的差的量值来确定差信号56，该差信号表明了在正弦信号51的幅值和余弦信号52的幅值之间的幅值差。在步骤S07中，如果差信号56位于预先确定的范围内，尤其在预先确定的阈值以下，核准正弦信号51和余弦信号52。

在可选的另外的步骤中，能够输出信度信号57，该信度信号表明的是，正弦信号51和余弦信号52是可信的，例如通过输出逻辑一。如果这些不可信，则信度信号57能够表明的是，正弦信号51和余弦信号52不可信，例如通过输出逻辑零。

虽然本发明借助于优选的实施例在前文得以描述，但是本发明不局限于此，而是能够以多种形式和方式变化。尤其，本发明能够以多种方式改变或变化，而不偏离于本发明的核心。

Claims (10)

1.用于核准转角传感器（2）的信号的装置，所述装置具有：

正弦信号提供设备（11），其被设计用于提供转角传感器（2）的正弦信号（51），所述正弦信号表明与时间有关的转角的正弦函数；

余弦信号提供设备（12），其被设计用于提供转角传感器（2）的余弦信号（52），所述余弦信号表明与时间有关的转角的余弦函数；

计算设备（14），其被设计用于基于所提供的正弦信号（51）和所提供的余弦信号（52）来形成计算信号（53）；

最大值确定设备（16），其被设计用于确定所述计算信号（53）的最大值（54）；

最小值确定设备（18），其被设计用于确定所述计算信号（53）的最小值（55）；

确定设备（20），其被设计用于作为或者基于在所确定的最大值（54）和所确定的最小值（55）之间的差的量值来确定差信号（56），所述差信号表明在所述正弦信号（51）的幅值和所述余弦信号（52）的幅值之间的幅值差；以及

核准设备（22），其被设计用于：如果所述差信号（56）位于预先确定的范围内，核准所述正弦信号（51）和所述余弦信号（52）。

2.按照权利要求1所述的装置，

其中，所述最大值确定设备（16）和所述最小值确定设备（18）被设计用于：在所述正弦信号（51）和所述余弦信号（52）的预先确定的时段内，确定所述最大值（54）和所述最小值（55）。

3.按照权利要求1或2所述的装置，

其中，所述最大值确定设备（16）和所述最小值确定设备（18）被设计用于：在所述正弦信号（51）和所述余弦信号（52）的周期持续时间内和/或在预先确定的数量的电转内，确定所述最大值（54）和所述最小值（55）。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的装置，

其中，所述计算信号（53）基于所述正弦信号（51）的平方与所述余弦信号（52）的平方。

5.按照权利要求4所述的装置，

其中，所述计算设备（14）被设计用于：基于来自所述正弦信号（51）的平方与所述余弦信号（52）的平方的和的根确定所述计算信号（53），或者作为来自所述正弦信号（51）的平方与所述余弦信号（52）的平方的和的根确定所述计算信号（53）。

6.用于核准转角传感器（2）的信号的方法，所述方法具有步骤：

提供（S01）所述转角传感器（2）的正弦信号（51），所述正弦信号表明与时间有关的转角的正弦函数；

提供（S02）所述转角传感器（2）的余弦信号（52），所述余弦信号表明与时间有关的转角的余弦函数；

基于所提供的正弦信号（51）和所提供的余弦信号（52）来形成（S03）计算信号（53）；

确定（S04）所述计算信号（53）的最大值（54）；

确定（S05）所述计算信号（53）的最小值（55）；

作为或者基于在所述最大值（54）和所述最小值（55）之间的差的量值来确定（S06）差信号（56），所述差信号表明在所述正弦信号（51）的幅值和所述余弦信号（52）的幅值之间的幅值差；以及

如果所述差信号（56）位于预先确定的范围内，核准（S07）所述正弦信号（51）和所述余弦信号（52）。

7.按照权利要求6所述的方法，

其中，在所述正弦信号（51）和所述余弦信号（52）的预先确定的时段内，确定所述最大值（54）和所述最小值（55）。

8.按照权利要求6或7所述的方法，

其中，在所述正弦信号（51）和所述余弦信号（52）的周期持续时间内和/或在预先确定的数量的电转内，确定所述最大值（54）和所述最小值（55）。

9.按照权利要求6至8中任一项所述的方法，

其中，所述计算信号（53）基于所述正弦信号（51）的平方与所述余弦信号（52）的平方。

10.按照权利要求9所述的方法，

其中，所述计算信号基于来自所述正弦信号（51）的平方与所述余弦信号（52）的平方的和的根，或者其中，所述计算信号作为来自所述正弦信号（51）的平方与所述余弦信号（52）的平方的和的根被形成。