CN109073422A - 用于确定在借助于角度测量系统所获取的旋转角数值与参考值之间的角度误差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种角度测量系统（100）以及一种用于确定在借助于角度测量系统（100）所获取的旋转角数值与参考值之间的角度误差的方法，其中在具有旋转角传感器（110）和分析单元（120）的角度测量系统（100）的分析单元（120）中从所述旋转角传感器（110）的旋转角信号中获取所述旋转角数值，其中在所述角度测量系统（100）的分析单元（120）中从参考角信号中获取所述参考值，其中在所述角度测量系统（100）的分析单元（120）中确定所述旋转角数值与所述参考值之间的角度误差。

Description

用于确定在借助于角度测量系统所获取的旋转角数值与参考 值之间的角度误差的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定在借助于角度测量系统所获取的旋转角数值与参考值之间的角度误差的方法以及一种用于实施所述方法的角度测量系统。

下面主要参照车辆驱动装置对本发明进行描述。但是，本发明不局限于此，而是适合于所有角度测量系统，所述角度测量系统被设立用于借助于旋转角传感器和具有微型控制器的分析单元来获取旋转的元件的当前的旋转角数值。

背景技术

在车辆中强化地使用电机本身或者用于支持驱动系中的燃烧马达。在电机运行时，通常值得追求的是，尽可能精确地知道所述电机的转子的当前的角度位置。为此目的，能够使用下述角度测量系统，所述角度测量系统通常由旋转角传感器（所谓的旋转编码器）和分析单元（控制器）所构成。所述分析单元具有微型控制器，将所述旋转角传感器的旋转角信号输送给所述微型控制器并且所述微型控制器从中（并且通常从其它的测量系统所特有的参数、比如偏移、刻线数等等中）获取当前的旋转角数值。在使用之前能够或者应该对角度测量系统进行验证、检定（geeicht）或者校准，其中尤其确定测量系统所特有的参数、比如偏移、刻线数等等并且在分析单元中加以保存，以用于进一步的使用。为进行校准/验证，可能要使用外部的测量-&校准系统，这非常昂贵。

发明内容

按照本发明，提出具有独立专利权利要求的特征的、一种用于确定在借助于角度测量系统所获取的旋转角数值与参考值之间的角度误差的方法以及一种用于实施所述方法的角度测量系统。有利的设计方案是从属权利要求及以下说明书的主题。

本发明提出，在所述角度测量系统的分析单元中确定在借助于所述角度测量系统所获取的旋转角数值与参考值之间的角度误差。这使得外部的校准系统的使用没有必要并且显著地简化了所述校准或者验证。有利地仅仅必须在所述分析单元中存在参考值。

在使用外部的测量-&校准系统时，在许多情况中难以同时确定旋转角数值和参考值。经常必须购置昂贵的测量硬件，以用于提取由所述分析单元所获取的旋转角数值。此外，产生必须加以考虑的时间上的延迟。在最严重的情况下，这些延迟没有恒定的特性，这使得在转速更高时进行的测量越来越不精确乃至成为不可能。

本发明的优点在于，能够同时对用于角度误差计算的信号（测量和参考）进行采样并且所述信号具有尽可能小的路径（Weg），这保证了尽可能确定性的信号传输。这改进了角度误差计算。此外，通过本发明提供了成本优点，因为能够放弃校准系统，所述校准系统可能甚至必须作为昂贵的快速-原型-系统来额外地制造。

优选所述分析单元具有微型控制器，所述微型控制器具有至少一个用于接收旋转角信号的输入端和至少一个用于接收参考角信号的输入端。特别有利的是，在同一个微型控制器中获取旋转角数值和参考角数值，因为由此能够保证所述数值的最高可能的同步性。角度测量系统的信号链的末端通常在所述微型控制器中处于下述位置处，在该位置处比如为了对于比如电机的转速调节（或者类似情况）而使用所获取的旋转角数值。所述旋转角数值因此已经能够在微型控制器中以数字的方式可用。在这种优选的实施方式的范围内，现在将参考角信号传输到所述微型控制器中，在那里而后执行相应的算术运算，以进行角度误差确定。由此不再需要外部的计算单元。

优选所述至少一个用于接收旋转角信号的输入端和/或所述至少一个用于接收参考角信号的输入端具有计数器输入端（Counter）和/或模拟输入端（ADC）和/或复位输入端、比如中断输入端。

优选的角度信号包括一个或者多个计数信号（比如矩形信号）和/或一个或者多个模拟信号（比如正弦信号、余弦信号）和/或一个或者多个参考脉冲信号或者零脉冲信号。

能够优选将计数信号直接传输到所述微型控制器的计数器输入端上。比如每个上升沿而后都提高所述微型控制器中的计数器，因而计数器读数对应于角度值。所述参考脉冲信号（“零脉冲”）用于在每旋转一圈之后将所述计数器状态读数设置到0。适当地将所述参考脉冲信号传输到所述微型控制器的中断输入端（或者相应的功能相同的输入端）上。

能够将一个或者多个模拟信号直接传输到所述微型控制器的相应多的模拟输入端上。分析优选如在现有技术中的正弦/余弦-旋转编码器中一样进行。

优选所述微型控制器具有至少一个用于输出角度误差和/或旋转角数值和/或参考值的输出端并且被设立用于在所述输出端上进行输出。通过这种方式，能够在外部对所获取的参量进行继续处理并且/或者将其显示出来。

在传统的分析单元、像比如车辆中的控制器中通常存在插头，所述插头在控制器外部提供不同的接口、像比如CAN。此外，现代的微型控制器拥有大量E/A-接口、比如固定地定义的I/O-或者GPIO-接口或插脚（General Purpose Input/Output；全用途-输入/输出），也就是能够自由选择地作为输入端或者输出端来配置的能够用于所提到的用途（尤其是计数器输入端、复位输入端、数字输出端）的接口或者插脚。由此实际上在每个用于电驱动装置的控制器中存在用于参考编码器（Referenzgeber）的接口。

优选所述分析单元能够在分析模式与正常模式之间转换，其中在所述分析模式中确定所述角度误差，在所述正常模式中获取旋转角数值。因此，所述分析单元或者所述角度测量系统能够在所述分析模式中（尤其用于进行校准，也就是确定测量系统所特有的参数、比如偏移、刻线数等等并且/或者验证，也就是评估，所述角度误差对于特定的情况来说是否处于允许的极限之内）并且在所述正常模式中转换，在所述正常模式中获取所述旋转角数值并且尤其被提供用于其它的功能、像比如调节。在所述正常模式中，尤其能够将所述用于参考值的输入端和所述用于角度误差的输出端用于其它的用途。

有利地将按本发明的角度测量系统用于测量电动马达、尤其是车辆的行驶驱动装置的电动马达的转子的旋转角位置。原则上，在一切要通过控制器来对角度测量系统进行分析的地方使用所述按本发明的角度测量系统都是有利的。这样的角度测量比如也用在节流阀、刮水器定位、踏板行程指示器、转向角指示器等等中。

有利地先后尤其在至少旋转一圈上获取多个角度误差。由此得到与旋转角有关的角度误差。由此能够对位置相关性进行特别精确的验证和/或校准。

有利地针对不同的旋转速度、尤其分别在至少旋转一圈上获取角度误差。由此得到与旋转速度有关的角度误差。由此能够对速度相关性进行特别精确的验证和/或校准。

按本发明的角度测量系统尤其在程序技术上被设立用于实施按本发明的方法。

以计算机程序的形式来实现所述方法也是有利的，因为这引起的成本特别低，尤其如果执行用的控制器还用于另外的任务并且因此本来就存在。合适的用于提供所述计算机程序的数据载体尤其是磁性的、光学的和电的存储器、像比如硬盘、闪存盘、EEPROMs、DVDs以及类似更多的存储器。也能够通过计算机网络（互联网、内联网等等）来下载程序。

本发明的另外的优点和设计方案从说明书和附图中得出。

附图说明

借助于实施例在附图中示意性地示出了本发明并且下面参照附图进行描述。

图1示意性地示出了按本发明的角度测量系统的一种优选的实施方式连同参考角传感器；

图2接线图状地示出了按本发明的角度测量系统的一种优选的实施方式。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了按本发明的角度测量系统100的一种优选的实施方式。所述角度测量系统100具有旋转角传感器110和分析单元120。

所述分析单元120尤其具有微型控制器121，该微型控制器具有用于旋转角传感器110的旋转角信号的输入端121a。所属的接口120a构造在所述分析单元120上。所述旋转角传感器110比如能够通过连接电缆来连接在所述接口120a上。

所述旋转角传感器110布置在具有定子11和转子12的电机10上，以用于测量所述转子12的旋转运动。

所述分析单元120被设立用于：从所述旋转角传感器110的旋转角信号中获取旋转角数值。

如果所述分析单元比如构造为控制器，那么所述旋转角数值就能够在正常模式中在所述分析单元120中用于其它的功能并且/或者在作为输出端来配置的接口121c上被输出，尤其用于在所连接的计算单元中进行继续处理。

为了对所述测量系统100进行验证和/或校准，能够以分析模式来运行该测量系统，在所述分析模式中确定在旋转角数值与参考值之间的角度误差。同样在所述分析单元120的微型控制器121中从参考角信号中确定所述参考值，在作为输入端121b来配置的接口上输入所述参考角信号。所述参考角信号源自同样布置在所述电机10上的参考角传感器20并且比如包括计数信号和如在现有技术中从旋转编码器中所知悉的一样的零脉冲。

在所述分析模式中，能够将所述微型控制器121的输出端121c用于输出所确定的角度误差，其中，也能够额外地一同输出其它的参量、像比如当前的转速和/或所述参考值。所述输出端比如能够是CAN-接口或者片上调试接口（On-Chip-Debugging-Schnittstelle）（比如JTAG/Nexus）。

通过这种方式，能够获取一方面所述角度误差与另一方面所述转速和/或所述参考角之间的关联并且比如将其显示出来。由此，能够对所述角度测量系统进行验证（validiert），其中要检查，所存在的角度误差是否比如在所检查的角度范围和/或转速范围内处于允许的极限之内。

作为替代方案或者补充方案能够进行校准，其中如此确定测量系统所特有的参数、比如偏移、刻线数（Strichzahl）等等，使得所述角度误差变得尽可能地小。

在图2中在框图中示出了一种用于按照本发明的一种优选的实施方式来确定角度误差的程序技术上的解决方案。

在计算元件210中，作为如在所述微型控制器121中从所述旋转角传感器110的旋转角信号中所获取的一样的旋转角数值与如在所述微型控制器121中从所述参考角传感器20的参考角信号中所获取的一样的参考值 _R之间的差来确定所述角度误差Δ。

在按照图2的实施方式中，所述参考角信号包括计数信号201和参考脉冲信号或者零脉冲信号202，它们被输送给计数器-功能框220，所述计数器-功能框按照所述计数信号201的指示（Maßgabe）来向上计数并且通过所述参考脉冲信号220来复位。所述计数器-功能框220由此输出计数器数值0、1、2、…。但是要指出，所述参考角信号同样能够包括正弦信号和/或余弦信号或者其它模拟信号。

在功能框220中，用刻线数203（也就是旋转一圈具有多少刻度线或者何种计数值）来计算所述计数器数值，以用于确定所述参考值。此外，在所述功能框230中能够计算偏移 _O，该偏移比如考虑到所述旋转角传感器110与所述参考角传感器20之间的角度偏移。

Claims (13)

1.用于确定角度误差（Δ）的方法，所述角度误差是借助于角度测量系统（100）所获取的旋转角数值（）与参考值（ _R）之间的角度误差，

其中，在具有旋转角传感器（110）和分析单元（120）的角度测量系统（100）的分析单元（120）中从所述旋转角传感器（110）的旋转角信号中获取所述旋转角数值（），

其中，在所述角度测量系统（100）的分析单元（120）中从参考角信号中获取所述参考值（ _R），

其中，在所述角度测量系统（100）的分析单元（120）中确定所述旋转角数值（）与所述参考值（ _R）之间的角度误差。

2.按权利要求1所述的方法，其中，所述参考角信号和/或所述旋转角信号包括至少一个计数信号和/或至少一个模拟信号和/或至少一个零脉冲信号。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中，先后获取多个角度误差（Δ）。

4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，获取针对不同的旋转速度的角度误差（Δ）。

5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述角度误差（Δ）用于对所述角度测量系统（100）进行校准和/或验证。

6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在分析模式与正常模式之间转换所述角度测量系统（100）。

7.计算机程序，所述计算机程序在其在计算单元上执行时促使所述计算单元实施按前述权利要求中任一项所述的方法。

8.机器可读的存储介质，具有在其上面所保存的按权利要求7所述的计算机程序。

9.角度测量系统（100），所述角度测量系统具有旋转角传感器（110）和分析单元（120）并且所述角度测量系统被设立用于实施按权利要求1到6中任一项所述的方法。

10.按权利要求9所述的角度测量系统（100），其中，所述分析单元（120）具有微型控制器（121），所述微型控制器具有至少一个用于接收旋转角信号的输入端（121a）和至少一个用于接收参考角信号的输入端（121b）。

11.按权利要求10所述的角度测量系统（100），其中，所述至少一个用于接收旋转角信号的输入端（121a）和/或所述至少一个用于接收参考角信号的输入端（121b）具有计数器输入端和/或模拟输入端和/或复位输入端。

12.按权利要求9到11中任一项所述的角度测量系统（100），其中，所述微型控制器（121）具有用于输出角度误差（Δ）和/或旋转角数值（）和/或参考值（ _R）的输出端（121c）。

13.按权利要求9到12中任一项所述的角度测量系统（100）的使用，用于测量电动马达（10）的转子和/或节流阀和/或刮水器和/或踏板行程指示器和/或转向角指示器的旋转角位置。