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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines EC-Motors,
der ein Primärteil
mit einer Wicklung und ein Sekundärteil mit abwechselnd in zueinander
entgegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmenten aufweist,
wobei mit Hilfe von an dem Primärteil
angeordneten, mit den Magnetsegmenten zusammenwirkenden Magneffeldsensoren
eine Messsequenz erfasst wird, die mehrere, von der Relativposition zwischen
Sekundärteil
und Primärteil
abhängige
Messwertkombinationen aufweist, die jeweils eine der Anzahl der
Magnetfeldsensoren entsprechende Anzahl von Messwerten umfassen,
und wobei die Wicklung in Abhängigkeit
von den Messwertkombinationen derart bestromt wird, dass sich das
Sekundärteil
relativ zu dem Primärteil
bewegt, wobei die Absolutposition des Sekundärteils relativ zu dem Primärteil bestimmt
wird, indem das Sekundärteil
an einer Referenzposition positioniert wird, und wobei ein Absolutpositionswert,
ausgehend von einem Referenzpositionswert bei jedem Auftreten eines
Wechsels der Messwertkombination nachgeführt wird.
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Ein
derartiges Verfahren ist aus der Praxis bekannt. Dabei werden als
Magnetfeldsensoren Hall-Sensoren verwendet, deren Messsignale einerseits
für die
elektronische Kommutierung der Wicklung des EC-Motors und andererseits
auch für
die Messung der Absolutposition, die das Sekundärteil relativ zu dem Primärteil aufweist,
genutzt werden. Dadurch kann ein zusätzlicher Absolutwertsensor
eingespart werden. Zur Bestimmung der Absolutposition wird zunächst eine
Referenzposition mit bekannter Absolutposition angefahren. Die Referenzposition
kann beispielsweise ein Anschlag sein, gegen den das Sekundärteil bei
einer Referenzfahrt positioniert wird. An der Referenzposition wird
der Absolutpositionswert auf den entsprechenden Referenzpositionswert,
der beispielsweise den Wert null aufweisen kann, gesetzt. Danach
wird der EC-Motor elektronisch kommutiert, um das Sekundärteil entsprechend
einem Sollwertsignal einer übergeordneten
Steuer- oder Regeleinrichtung relativ zu dem Primärteil zu
positionieren, wobei der Absolutpositionswert bei jedem Auftreten eines
Wechsels der Messwertkombination nachgeführt wird. In der Praxis können jedoch
Fehler bei der Nachführung
des Absolutpositionswerts auftreten, beispielsweise wenn die Messsignale
der Magneffeldsensoren durch EMV-Einstrahlung gestört sind
und/oder in der Stromversorgung der Magnetfeldsensoren eine Störung auftritt.
Wird durch eine derartige Störung
der Absolutpositionssignal falsch nachgeführt, sind alle weiteren Absolutpositionswerte
gegenüber
der tatsächlichen
Position verschoben. Bei Anwendungen, bei denen durch eine Fehlpositionierung
des Sekundärteils
relativ zu dem Primärteil
eine Gefahr auftreten kann, wie zum Beispiel bei einem E lektromotor
zum automatisierten Betätigen
einer zwischen einem Verbrennungsmotor und einem mechanischen Schaltgetriebe
in einem Kraftfahrzeug angeordneten Kupplung und/oder bei einem
Elektromotor zum Verstellen einer Schaltwelle in einem automatischen
Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs wurden deshalb bisher über Bürsten mechanisch
kommutierte Elektromotoren eingesetzt, die mit einem Absolutpositionsgeber
ausgestattet sind. Mit einem derartige Absolutwertgeber kann auch
nach einem Reset der elektronischen Steuerung der Kupplung bzw.
des Schaltgetriebes die Absolutposition des Elektromotors bestimmt werden,
ohne, dass eine Referenzfahrt erforderlich ist. Somit kann ein solcher
Reset weitgehend unbemerkt von dem Benutzer des Kraftfahrzeugs auch
während
des Betriebs des Kraftfahrzeugs erfolgen, beispielsweise wenn die
Stromversorgung des Kraftfahrzeug vorübergehend gestört oder
aufgrund eines Defekts kurzzeitig ausgefallen war. Derartige absolute
Positionsgeber sind jedoch relativ teuer und aufwändig.
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Es
besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, das es auf einfache Weise ermöglicht, Fehler bei der Absolutpositionswerterfassung
zu erkennen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe besteht darin, dass für eine in eine vorgegebene
Richtung orientierte Relativbewegung zwischen dem Sekundärteil und
dem Primärteil
eine aus mehreren, nacheinander zyklisch zu durchlaufenden Sollwertkombinationen
bestehende, jeweils eine der Anzahl der Magnetfeldsensoren entsprechende
Anzahl von Sollwerten aufweisende Referenzsequenz ermittelt und
gespeichert wird, dass anhand der Referenzsequenz, der an der Referenzposition
aufgetretenen Messwertkombination und der Anzahl der seit dem Erreichen
der Referenzposition aufgetretenen Wechsel in der Messwertkombination
die dem Absolutpositionswert zugeordnete Sollwertkombination bestimmt
wird, dass diese Sollwertkombination mit der für den betreffenden Absolutpositionswert
ermittelten Messwertkombination verglichen wird, und dass beim Auftreten einer
Abweichung zwischen der Sollwertkombination und der Messwertkombination
ein Fehlerzustand erkannt wird.
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Das
Verfahren wird vorzugsweise in Form eines Betriebsprogramms auf
einem Mikrocomputer ausgeführt.
Dabei ist es sogar möglich,
dass der Referenzpositionswert in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt wird,
so dass er nach einem eventuellen Reset des Mikrocomputers weiterhin
zur Verfügung
steht. Nach einem Neustart des Mikrocomputers kann dann der Speicher
ausgelesen werden, um die dem Absolutpositionswert zugeordnete Sollwertkombination
zu bestimmen und mit einer während
oder nach dem Neustart mit Hilfe der Magnetfeldsensoren ermittelten
Messwertkombination zu vergleichen. Wenn dabei festgestellt wird,
dass die Sollwertkombination mit der Messwertkombination übereinstimmt
und die Relativge schwindigkeit zwischen dem Sekundärteil und
dem Primärteil
sowohl beim Auslösen
des Resets als auch nach dem Reset gleich null war, kann mit großer Wahrscheinlichkeit
davon ausgegangen werden, dass das Sekundärteil zwischen der Bestimmung
des letzten Absolutpositionswerts und der Erfassung der Messwertkombination
relativ zu dem Primärteil
seine Lage beibehalten hat, so dass der Absolutpositionswert weiterhin
gültig
ist. In diesem Fall kann eine Referenzfahrt, die beispielsweise
bei einem EC-Motor zum Betätigen
einer Kupplung ein Öffnen
der Kupplung oder bei einem EC-Motor zum Betätigen einer Schaltwelle in
einem Getriebe ein Positionieren der Schaltwelle in Neutralstellung
und somit eine Zugkraftunterbrechung zur Folge haben kann, eingespart
werden. Bei einem für
eine derartige Anwendung vorgesehenen EC-Motor kann also während das
Kraftfahrzeug fährt
ein Reset des Mikrocomputers durchgeführt werden, ohne dass der Benutzer
des Kraftfahrzeugs dies bemerkt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Absolutpositionswert bei jedem Wechsel in
der Messwertkombination bei einer Vorwärtsbewegung des Sekundärteils um
1 erhöht
und/oder bei einer Rückwärtsbewegung
um 1 vermindert, wobei aus dem Absolutpositionswert und der Anzahl
der gespeicherten Sollwertkombinationen mit Hilfe einer Modulo-Operation
ein Index bestimmt wird, und wobei mit Hilfe des Index und der an
der Referenzposition aufgetretenen Messwertkombination die dem Absolutpositionswert
zugeordnete Sollwertkombination ermittelt wird. Auf diese Weise
kann die dem Absolutpositionswert zugeordnete Sollwertkombination
beispielsweise mit Hilfe eines Mikrocomputers auf einfache Weise
bestimmt werden.
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Vorteilhaft
ist, wenn die Referenzposition nach dem Erkennen des Fehlerzustands
erneut angefahren und der Absolutpositionswert an der Referenzposition
auf den Referenzpositionswert gesetzt wird. Dabei kann die Referenzfahrt
entweder gleich nach dem Detektieren des Fehlerzustands oder zu
einem späteren
Zeitpunkt durchgeführt
werden. Bei einem EC-Motor, der zum Betätigen einer Kupplung oder zum
Schalten eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug dient, kann der
EC-Motor nach dem Erkennen des Fehlerzustands zunächst eventuell
im Notlaufbetrieb weiter betrieben werden, bis sich das Kraftfahrzeug
in einem Betriebszustand befindet, bei dem die Referenzfahrt vom
Benutzer des Kraftfahrzeugs weitgehend unbemerkt durchgeführt werden
kann.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird nach dem Erkennen des Fehlerzustands mindestens
ein erster Magnetfeldsensor ermittelt, dessen Messwerte von den
entsprechenden Sollwerten der Sollwertkombination abweichen, wobei
für den
Fall, dass die Messwerte wenigstens eines zweiten Magnetfeldsensors
mit den ihm zugeordneten Sollwer ten der Sollwertkombination übereinstimmen,
der Absolutpositionswert beim Auftreten eines Wechsels in den Messwerten
des wenigstens einen zweiten Magnetfeldsensors unter Berücksichtigung
des Ausfalls der Messwerte des mindestens einen ersten Magnetfeldsensors
nachgeführt
wird. Der Absolutpositionswert kann also auch mit einer gegenüber dem
normalen Betrieb reduzierten Anzahl Messsignale nachgeführt werden.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass für die fehlerhaften
Messwerte mit Hilfe der als richtig erkannten Messwerten Ersatzwerte
bestimmt werden und der Absolutpositionswert mit Hilfe der Ersatzwerte
nachgeführt
wird. Dadurch ist es möglich,
die Absolutposition auch bei einem Ausfall eines oder sogar mehrerer
Magnetfeldsensoren zu bestimmen, um den EC-Motor beispielsweise
in einem Notlaufbetrieb nach dem Auftreten eines Fehlerzustands
weiter zu betreiben. Dabei wird eine eventuelle Abnahme der Genauigkeit
der Absolutpositionswerte zumindest vorübergehend bis zum Durchführen der
nächsten
Referenzfahrt in Kauf genommen.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
der Erfindung wird nach dem Erkennen des Fehlerzustands die Anzahl
der Magneffeldsensoren ermittelt, deren Messwerte) von den entsprechenden
Sollwerten der Sollwertkombination abweichen, wobei für den Fall,
dass diese Anzahl einen vorgegeben Wert überschreitet, die Wicklung
des EC-Motors zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfelds mit einem
vorgegebenen, von den Messwertkombinationen unabhängigen Ansteuerungsmuster
angesteuert wird. Nach dem Erkennen eines derartigen Fehlerzustands
wird der EC-Motor also wie ein Schrittmotor betrieben, wobei davon
ausgegangen wird, dass das Antriebsmoment des Schrittmotors so groß ist, dass
die Schritte, die an die Wicklung ausgegeben werden, von dem EC-Motor
auch in eine entsprechende Relativbewegung zwischen Sekundär- und Primärteil umgesetzt
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden mit Hilfe der Messwerte mindestens eines Magnetfeldsensors
und des zeitlichen Abstands, den diese Messwerte zueinander aufweisen,
Geschwindigkeitswerte für
die Relativgeschwindigkeit zwischen Primärteil und Sekundärteil bestimmt,
wobei die einzelnen Geschwindigkeitswerte nach unterschiedlichen
Messmethoden ermittelt werden, und wobei die jeweils anzuwendende
Messmethode in Abhängigkeit
von einem bei einer früheren
Geschwindigkeitsmessung ermittelten Geschwindigkeitswert ausgewählt wird.
Dabei werden die Messmethoden bevorzugt derart in Abhängigkeit von
der Relativgeschwindigkeit zwischen Sekundärteil und Primärteil ausgewählt, dass
bei einer geringen Relativgeschwindigkeit eine Messmethode zur Anwendung
kommt, bei der eine relativ geringe Verzögerungszeit bei der Bestimmung
der Geschwindigkeitswerte auftritt. Bei einer hohen Geschwindigkeit
wird bevorzugt eine Messmethode ge wählt, bei der die Geschwindigkeitswerte
ein niedriges Rauschen bzw. eine geringe Schwankungsbreite aufweisen.
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Zweckmäßigerweise
werden bei mindestens einer Messmethode die Geschwindigkeitswerte
mit einer festen Abtastrate aus den Messwerten des mindestens einen
Magnetfeldsensors ermittelt, indem die Inkremente über die
Abtastdauer gezählt
und die Anzahl dann durch die Abtastdauer dividiert. Diese Messmethode wird
bevorzugt bei geringen Relativgeschwindigkeiten zwischen Sekundär- und Primärteil angewendet.
Die Auswertung kann schon ab dem ersten Inkrement ein Signal liefern.
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Vorteilhaft
ist, wenn bei mindestens einer Messmethode der Zeitabstand zwischen
mindestens zwei Zeitpunkten, an denen ein Wechsel der Messwertkombinationen
in der Messsequenz auftritt, ermittelt wird, wenn mit Hilfe der
diesen Zeitpunkten zugeordneten Absolutpositionswerte die Wegstrecke
bestimmt wird, über
die das Sekundärteil
zwischen den Zeitpunkten relativ zu dem Primärteil bewegt wurde, wenn aus
dem Zeitabstand und der Wegstrecke ein Geschwindigkeitswert für die Relativgeschwindigkeit
zwischen Primärteil und
Sekundärteil
bestimmt wird, und wenn die Auswahl der Zeitpunkte vorzugsweise
in Abhängigkeit
von einem Geschwindigkeitswert erfolgt, der bei einer früheren Geschwindigkeitsmessung
ermittelt wurde. Dabei werden die Zeitpunkte bevorzugt derart auf
die Relativgeschwindigkeit zwischen Sekundärteil und Primärteil abgestimmt,
dass bei einer geringen Geschwindigkeit die Absolutwerte bevorzugt
mit einer relativ geringen Verzögerungszeit
und bei einer hohen Geschwindigkeit bevorzugt mit einem niedrigen
Rauschen bzw. einer geringen Schwankungsbreite erfasst werden.
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Vorteilhaft
ist, wenn die Auswahl der Zeitpunkte, die der Bestimmung der Geschwindigkeitswerte
zu Grunde gelegt werden, in Abhängigkeit
von der Größe der Lagetoleranzen
der Magnetsegmente, der Toleranzen in den Abmessungen und/oder in
der Magnetisierung der Magnetsegmente ermittelt wird. Dabei ist
es zum Beispiel möglich,
dass beim Vorhandensein eines Magnetsegments, dessen Lage von einer
für das
Magnetsegment vorgesehenen Solllage abweicht, jeweils nur die dem
betreffenden Magnetsegment zugeordneten Messsignalflanken ausgewertet
werden, so dass die Lagetoleranzen den ermittelten Geschwindigkeitswert nicht
beeinflussen.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
des Verfahrens wird bei einer Geschwindigkeit, die einen vorgegebenen
Grenzwert unterschreitet, der Zeitabstand zwischen unmittelbar aufeinander
folgenden Wechseln von Messwertkombinationen und bei einer Geschwindigkeit,
die dem Grenzwert entspricht oder größer ist als dieser, der Zeitabstand
zwischen Wechseln von Messwertkombinationen bestimmt wird, die in
der Messsequenz voneinander beabstandet sind. Zu diesem Zweck können beispielsweise
bei einer den Grenzwert unterschreitenden Geschwindigkeit die Zeitpunkte
innerhalb aufeinander folgender Flanken eines Signals gelegt werden,
das durch eine Exclusiv-Oder-Verknüpfung aus den Messsignalen
der einzelnen Magnetfeldsensoren gebildet wird, während bei
einer Geschwindigkeit, die dem Grenzwert entspricht oder größer ist
als dieser, die Zeitpunkte innerhalb aufeinanderfolgender Flanken
des Messsignals eines der Magnetfeldsensoren gelegt werden.
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Nachfolgend
sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines elektrischen Antriebs, der einen EC-Motor, eine
Endstufe zur Ansteuerung des EC-Motors, Magnetfeldsensoren zur Lagebestimmung
des EC-Motor-Läufers,
und einen Mikrocomputer aufweist,
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2 eine
Tabelle, in der beispielhaft einige, mit Hilfe der Magnetfeldsensoren
und des Mikrocomputers ermittelte Absolutpositionswerte aufgelistet
sind, wobei neben den Absolutpositionswerten jeweils ein diesen
zugeordneter Index, eine Sollwert- und eine Messwertkombination
sowie ein daraus abgeleiteter Fehlerzustandswert wiedergegeben ist,
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3 eine
in einem Datenspeicher des Mikrocomputers abgelegte Referenzsequenz,
bestehend aus sechs, mit einem Index nummerierten Sollwertkombinationen,
die jeweils drei Sollwerte aufweisen,
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4 eine
graphische Darstellung von Messsignalen der einzelnen Magnetfeldsensoren
und eines Signals, dass durch eine Exclusiv-Oder-Verknüpfung der
Messsignale gebildet wurde, wobei auf der Abszisse die Zeit und
auf dar Ordinate die Amplitude aufgetragen ist,
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5 eine
graphische Darstellung des tatsächlichen
Drehzahlsignals eines EC-Motors und zweier nach unterschiedlichen
Methoden ermittelter Drehzahlsignale, wobei auf der Abszisse die
Zeit und auf dar Ordinate die Drehzahl aufgetragen ist,
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6 eine
graphische Darstellung von Messsignalen, ähnlich 4, wobei
das Messsignal des Sensors H1 gegenüber einer Solllage verschoben
ist, wobei das mit XOR bezeichnete Signal durch Exclusiv-Oder-Verknüpfung der
Messsignale gebildet wurde, wobei nXO R ein daraus abgeleitetes Geschwindigkeits- oder
Drehzahlsignal ist, und wobei nH1 ein aus
dem Messsignal des Sensors H1 abgeleitetes Geschwindigkeits- oder Drehzahlsignal
darstellt,
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7 eine
graphische Darstellung von Messsignalen, ähnlich 6, wobei
die Breite der Pulse des Messsignals des Sensors H1 von einem Sollwert
abweicht, wobei nH1 ein durch Auswertung
des Abstands zweier in zueinander entgegengesetzte Richtungen weisender
Flanken und nH 1↓ ein
durch Auswertung des Abstands zweier in die gleiche Richtung orientierter
Flanken des Messsignals H1 abgeleitetes Geschwindigkeits- oder Drehzahlsignal
bezeichnen, und
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8 eine
graphische Darstellung von Messsignalen, ähnlich 7, wobei
jedoch nur die die Breite eines, einem bestimmten Magnetsegment
zugeordneten Pulses des Messsignals des Sensors H1 von dem Sollwert
abweicht.
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Ein
in 1 schematisch in Form eines Blockdiagramms dargestellter
elektrischer Antrieb 1 weist einen EC-Motor 2 auf,
der in einem Kraftfahrzeug zum Ein- und Ausrücken einer Kupplung vorgesehen
ist, die zwischen einem Verbrennungsmotor und einem mit den Rädern des
Kraftfahrzeugs verbundenen mechanischen Schaltgetriebe angeordnet
ist. Die Kupplung kann entweder indirekt mechanisch vom EC-Motor 2 oder über eine
von dem EC-Motor 2 angetriebene hydraulische Kraftübertragungseinrichtung
betätigt
werden. Die hydraulische Kraftübertragungseinrichtung
weist einen mit dem EC-Motor 2 in Antriebsverbindung stehenden Geberzylinder
auf, der über
eine Hydraulikleitung mit einem Nehmerzylinder verbunden ist. Dieser
greift zum Verstellen der Kupplung an einem mechanischen Stellglied
an. Zwischen dem Geberzylinder bzw. dem mechanischen Bauteil und
dem EC-Motor kann ein Getriebe angeordnet sein, das eine zusätzliche Übersetzung bewirkt.
Von Bedeutung ist, dass das mechanische Stellglied in einem sehr
kleinen Wegbereich genau positionierbar ist.
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In 1 ist
erkennbar, dass der EC-Motor ein als Stator ausgebildetes Primärteil mit
einer mehrphasigen Wicklung aufweist, die über eine Endstufe 3 mit
der Stromversorgung des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Endstufe
weist mehrere zu einer Vollbrücke
geschaltete Halbleiterschalter auf, die zur elektronischen Kommutierung
der Wicklung von einem Mikrocomputer angesteuert werden.
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Das
Primärteil
wirkt mit einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten, als Läufer ausgebildeten
Sekundärteil
des EC-Motors 2 zusammen, das relativ zu dem Primärteil verdrehbar
gelagert ist und an seinem Umfang eine Abfolge von abwechselnd in
zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisierten permanentmagnetischen
Magnetsegmenten aufweist.
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An
dem Primärteil
sind mehrere, in Umfangsrichtung zueinander versetzte Magnetfeldsensoren
H1, H2, H3 angeordnet, die als Hallsensoren ausgebildet sind und
das Magnetfeld mindestens eines jeweils in ihrem Detektionsbereich
angeordneten Magnetsegments detektieren. Mit Hilfe der Magnetfeldsensoren
H1, H2, H3 wird eine Messsequenz erfasst, die mehrere, von der Relativposition
zwischen Sekundärteil
und Primärteil abhängige Messwertkombinationen
aufweist. Bei einer Drehbewegung des Sekundärteils in eine vorgegebene Richtung
weist die Messsequenz ein charakteristisches, durch die Anzahl und
Anordnung der Magnetsegmente sowie die Anzahl und Anordnung der
Magnetfeldsensoren H1, H2, H3 vorgegebenes Muster auf, das bei der
Relativbewegung zyklisch durchlaufen wird und sich bei einer mechanischen
Volldrehung des Sekundärteils
so oft wiederholt, wie das Sekundärteil Polpaare aufweist.
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Bei
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der elektrische
Antrieb 1 drei Magnetfeldsensoren H1, H2, H3, deren Messsignale
jeweils die Werte '0' oder '1' annehmen können. Mit den Messwerten der drei
Magnetfeldsensoren lassen sich maximal acht unterschiedliche Kombinationen
000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 und 111 darstellen. Die Anordnung
der Magnetsegmente und der Magnetfeldsensoren H1, H2, H3 ist derart
gewählt,
dass die Kombinationen 000 und 111 normalerweise bei der Relativbewegung
zwischen dem Sekundärteil
und dem Primärteil
nicht auftreten. Bei einer Drehbewegung des Sekundärteils in
eine vorgegebene Richtung werden somit sechs Messwertkombinationen
zyklisch durchlaufen. Diese Kombinationen werden beispielsweise
bei der Konstruktion des EC-Motors ermittelt und in einem Referenzsequenz-Speicher
abgelegt. In 2 ist ein Ausführungsbeispiel
einer solchen Referenzsequenz in Form einer Tabelle dargestellt. Deutlich
ist erkennbar, dass die Referenzsequenz eine Abfolge von sechs Sollwertkombinationen
aufweist, die jeweils eine der Anzahl der Magnetfeldsensoren H1,
H2, H3 entsprechende Anzahl von Sollwerten umfassen. In 2 ist
jeder Sollwertkombination jeweils ein fortlaufender Index zugeordnet.
Dabei ist der Index '0' die Sollwertkombination
zugeordnet, die der an der Referenzposition auftretenden Messwertkombination
entspricht.
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Zum
Positionieren des Sekundärteils
relativ zu dem Primärteil
wird die Wicklung des EC-Motors
in Abhängigkeit
von den jeweils ermittelten Messwertkombinationen in an sich bekannter
Weise bestromt. Dabei erzeugt die Wicklung ein magnetisches Wanderfeld,
das derart mit den Magnetsegmenten zusammenwirkt, dass sich das
Sekundärteil
relativ zu dem Primärteil
bewegt.
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Die
Messsignale der Magnetfeldsensoren H1, H2, H3 werden auch zur Bestimmung
der Absolutposition des Sekundärteils
relativ zu dem Primärteil
genutzt. Diese wird in einem nicht flüchtigen Positionsspeicher abgelegt,
beispielsweise einem EEPROM. Wie in 3 erkennbar
ist, fährt
der EC-Motor zunächst
eine Referenzposition an, deren absolute Position bekannt ist. Bei
dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist diese
den Wert '0000' auf. Die Referenzposition
kann beispielsweise durch einen Anschlag definiert sein, gegen den
eines der beiden mit Hilfe des EC-Motors relativ zueinander verstellbaren
Kupplungsteile in Offenstellung der Kupplung positionierbar ist.
Die Referenzfahrt kann beispielsweise während und/oder nach dem Starten
des Verbrennungsmotors durchgeführt
werden. Sobald die Referenzposition erreicht ist, was beispielsweise
mit Hilfe eines entsprechenden Sensors detektiert wird, wird der
Positionsspeicher auf den Referenzpositionswert gesetzt. Danach
wird bei jedem Auftreten eines Wechsels in der Messwertkombination
der in dem Positionsspeicher abgelegte Absolutpositionswert nachgeführt, indem
der Absolutpositionswert bei einer Vorwärtsbewegung des Sekundärteils um
1 erhöht
und/oder bei einer Rückwärtsbewegung
um 1 vermindert wird. Aus dem so ermittelten neuen Absolutpositionswert
p und der Anzahl n der gespeicherten Sollwertkombinationen wird
mit Hilfe der nachfolgend angegebenen Modulo-Operation ein Index i bestimmt: i = p mod n
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Mit
Hilfe dieses Index wird die dem Absolutpositionswert zugeordnete
Sollwertkombination ermittelt, indem die entsprechende Sollwertkombination
aus einer dem Index zugeordneten Speicherstelle des Referenzsequenz-Speichers
ausgelesen wird. In 3 ist für die einzelnen Absolutpositionswerte
jeweils der Index in der zweiten und die entsprechende Sollwertkombination
in der dritten Tabellenspalte eingetragen. Die auf diese Weise ermittelte
Sollwertkombination wird mit der dem Absolutpositionswert zugeordneten
Messwertkombination verglichen. Beim Auftreten einer Abweichung
zwischen der Sollwertkombination und der Messwertkombination wird
ein Fehlerzustand erkannt und in einem Fehlerzustandsspeicher abgelegt.
Die entsprechenden Fehlerzustandswerte sind in 3 in
der letzten Tabellenspalte eingetragen. Dabei bedeutet der Wert '1', dass ein Fehler festgestellt wurde.
Der Mikrocomputer ermit telt außerdem
aus den Absolutpositionswerten die Relativgeschwindigkeit zwischen
Sekundär-
und Primärteil
und legt diese in einem nichtflüchtigen
Datenspeicher ab.
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In 3 ist
erkennbar, dass nach dem Erreichen der Absolutposition 2837 der
Mikrocomputer zurückgesetzt
wird. Dabei befindet sich der EC-Motor unmittelbar vor dem Reset
im Stillstand. Ein solcher Reset kann beispielsweise erforderlich
werden, wenn die Betriebsspannung des Mikrocomputers aufgrund einer
in der Praxis nicht ganz auszuschließenden Störung in der Stromversorgung
des Kraftfahrzeugs einen vorgeschriebenen Mindestspannungswert derart
unterschreitet, dass ein in dem Mikrocomputer ablaufendes Betriebsprogramm
gestört
werden kann. Damit es bei einer solchen Störung nicht zu einem unkontrollierten
Verstellen der Kupplung des Kraftfahrzeugs kommt, wird der Mikrocomputer
durch einen Neustart in einen definierten Betriebszustand überführt. Wenn
während
des Resets und/oder des anschließenden Neustarts das Sekundärteil seine
Lage relativ zu dem Primärteil
verändert,
wird der Absolutpositionswert jedoch nicht nachgeführt. Um
die Gefahr, das es dadurch nach dem Neustart des Mikrocomputers
zu einem Fehler bei der Betätigung
der Kupplung kommt, zu reduzieren, wird nach oder während des
Neustarts die Messwertkombination neu ermittelt und mit der dem
Absolutpositionswert zugeordneten Sollwertkombination verglichen.
Stimmt die Messwertkombination mit dem Absolutpositionswert überein und
ist die nach dem Reset gemessene Relativgeschwindigkeit weiterhin
gleich Null, wird angenommen, dass während und nach dem Reset keine
Relativbewegung zwischen dem Sekundärteil und dem Primärteil stattgefunden
hat. Die Absolutposition wird dann nachfolgend, ausgehend von dem
in dem Positionsspeicher befindlichen Absolutpositionswert 2837
bei jedem Auftreten eines Wechsels in der Messwertkombination nachgeführt.
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In 3 ist
erkennbar, dass bei der Absolutposition 6004 ein zweiter Reset des
Mikrocomputers durchgeführt
wird. Auch hier befindet sich der EC-Motor unmittelbar vor dem Reset
im Stillstand. Während
des Resets wird das Sekundärteil
jedoch durch eine Fremdkraft relativ zu dem Primärteil bewegt. Deutlich ist
erkennbar, dass nach dem Reset zwar weiterhin der Absolutpositionswert
6004 in dem Positionsspeicher abgelegt ist, dass jedoch die Messwertkombination
nicht mehr mit der unmittelbar vor dem Reset aufgetretenen Messwertkombination übereinstimmt.
Bei dem nach dem Neustart durchgeführten Vergleich der dann vorhandenen
Messwertkombination mit der dem Absolutpositionswert zugeordneten
Sollwertkombination wird eine Abweichung und somit ein Fehlerzustand
festgestellt. Der Fehlerzustand wird in dem Fehlerzustandsspeicher abgelegt.
Dann wird eine zweite Referenzfahrt durchgeführt. Sobald die Referenzposition
erreicht ist, wird der Referenzpositionswert als neuer Absolutpo sitionswert
in den Positionsspeicher geschrieben. Danach wird der Absolutpositionswert
wiederum beim jedem Auftreten eines Wechsels in der Messwertkombination
nachgeführt.
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Die
Relativgeschwindigkeit zwischen Sekundärteil und Primärteil wird
mit Hilfe der Messsignale der Magnetfeldsensoren H1, H2, H3 bestimmt.
Dabei erfolgt die Bestimmung der Relativgeschwindigkeit nach unterschiedlichen
Messmethoden. Die jeweils zur Anwendung kommende Messmethode wird
in Abhängigkeit von
einem bei einer früheren
Geschwindigkeitsmessung ermittelten Geschwindigkeitswert derart
ausgewählt, dass
bei einer geringen Relativgeschwindigkeit eine geringe Verzögerungszeit
bei der Bestimmung der Geschwindigkeitswerte auftritt, und dass
bei einer hohen Geschwindigkeit die Geschwindigkeitswerte ein niedriges
Rauschen bzw. eine geringe Schwankungsbreite aufweisen. Wenn noch
kein entsprechender Geschwindigkeitswert ermittelt wurde, wird der
erste Geschwindigkeitswert mit einer vorgegebenen Messmethode bestimmt.
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Bei
einer ersten Messmethode wird bei einer festen Abtastrate die Anzahl
der Inkremente über
die Abtastdauer gezählt
und die Anzahl dann durch die Abtastdauer dividiert. Bei dieser
Messmethode tritt eine maximale Ungenauigkeit von einem Inkrement
pro Abtastdauer auf. Bei einer Relativgeschwindigkeit von 10 Inkrementen
pro Abtastdauer liegt die Ungenauigkeit bei 10%. Bei nur einem Inkrement
pro Abtastdauer beträgt die
Ungenauigkeit jedoch bereits 100%. Die Auswertung kann schon ab
dem ersten Inkrement ein Signal liefern. Die ersten Messmethode
wird bevorzugt bei niedrigen Relativgeschwindigkeiten angewendet.
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Bei
einer zweiten Messmethode zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit
wird jeweils der Zeitabstand zwischen zwei Zeitpunkten, an denen
ein Wechsel der Messwertkombinationen in der Messsequenz auftritt,
ermittelt. Mit Hilfe der diesen Zeitpunkten zugeordneten Absolutpositionswerte
wird die Wegstrecke bestimmt, über
die das Sekundärteil
zwischen den Zeitpunkten relativ zu dem Primärteil bewegt wurde. Aus dem Zeitabstand
und der Wegstrecke wird dann ein Geschwindigkeitswert für die Relativgeschwindigkeit
zwischen Primärteil
und Sekundärteil
bestimmt. Die Auswahl der Zeitpunkte erfolgt jeweils in Abhängigkeit
von dem Geschwindigkeitswert, der bei der vorherigen Geschwindigkeitsmessung
ermittelt wurde.
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Bei
dem in
4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Zeitpunkte,
zwischen denen der Zeitabstand bestimmt wird, innerhalb von ansteigenden
und/oder abfallenden Flanken der als Rechtecksignale ausgebildeten
Magnetfeldsensor-Messsignale angeordnet. Die Zeit, bei der die Relativgeschwindigkeit
gemessen werden soll, ist in
4 durch
die mit (t) bezeichnete Linie markiert. Bei drei Magnetfeldsensor-Messsignalen,
die jeweils ansteigende und abfal lende Flanken aufweisen, ergebe
sich folgende unterschiedliche Möglichkeiten für die Drehzahlberechnung:
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Bei
einer Zeitmessung über
nur ein einziges Inkrement oder über
wenige Inkremente, wie z.B. in den Fällen a) bis c) der obigen Tabelle,
tritt gegenüber
einer Zeitmessung über
eine größere Anzahl
Inkremente eine geringeren Verzögerungszeit
bei der Geschwindigkeitsmessung auf. Bei einer Zeitmessung über nur
ein einziges Inkrement oder über
wenige Inkremente wirken sich jedoch Toleranzen in der Positionierung
und/oder den Abmessungen der Magnetsegmente stärker auf den ermittelten Geschwindigkeitsmesswert
aus als bei einer Zeitmessung über
eine größere Anzahl
Inkremente.
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Aus
der nachstehenden Tabelle ist ersichtlich, wie viele Inkremente
benötigt
werden, bevor der erste Geschwindigkeitswert berechnet werden kann:
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In 5 sind
die nach den beiden Messmethoden ermittelten Relativgeschwindigkeitssignale
und die tatsächliche
Relativgeschwindigkeit graphisch dargestellt. Deutlich ist erkennbar,
dass das nach der Messmethode 1 ermittelte Relativgeschwindigkeitssignal
eine größere Rauigkeit
aufweist als das nach der Messmethode 2 ermittelte Relativgeschwindigkeitssignal.
Außerdem
ist erkennbar, dass das nach der Messmethode 2 ermittelte Relativgeschwindigkeitssignal
gegenüber
der tatsächlichen
Relativgeschwindigkeit eine Phasenverschiebung aufweist.
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Bei
der Messmethoden 1 und 2 gibt es jeweils eine untere Schwelle für die messbare
Relativgeschwindigkeit. Diese liegt bei Messmethode 1 bei einem
Inkrement pro Abtastdauer und bei der Messmethode 2 ist die Schwelle
von dem gewählten
Zeitabstand abhängig.
Wenn die Relativgeschwindigkeit unterhalb dieser Schwelle liegt,
ergibt nicht jede Auswertung einen Geschwindigkeitswert, der größer als
null ist. Wenn die gemessene Relativgeschwindigkeit gleich null
ist, bedeutet dies also nicht notwendigerweise, dass sich der EC-Motor
nicht mehr bewegt.
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Bei
der ersten und zweiten Messmethode gibt es jeweils einen unteren
Schwellewert für
messbare Relativgeschwindigkeit. Dieser Schwellwert liegt bei der
ersten Methode bei einem Inkrement pro Messperiode. Bei der zweiten
Methode ist der Schwellwert von der gewählten Messlänge abhängig. Wenn die Relativgeschwindigkeit
unterhalb der Schwelle liegt, ergibt nicht jede Auswertung ein Ergebnis.
Manchmal wird für
die Relativgeschwindigkeit der Wert 1 und manchmal der Wert 0 ermittelt.
Der Relativgeschwindigkeitswert 0 bedeutet aber nicht notwendigerweise,
dass sich das Sekundärteil
nicht mehr relativ zu dem Primärteil
bewegt.
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Wenn
sich das Sekundärteil
des EC-Motors 2 mit konstanter Geschwindigkeit unterhalb
des Schwellwerts bewegt und für
die Relativgeschwindigkeit der Wert 0 ermittelt wird, wäre es am
besten, den letzen Geschwindigkeitswert, der ungleich 0 war, beizubehalten.
Für den
Fall, dass der EC-Motor zum Stillstand kommt, wäre es jedoch besser, mit der
gemessenen Relativgeschwindigkeit sofort auf 0 zu springen.
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Um
die erwähnten
Messgenauigkeit bei geringen Relativgeschwindigkeiten zu verbessern,
können
die Relativgeschwindigkeitswerte gefiltert werden, beispielsweise
indem der Mittelwert aus den beiden letzten ungefilterten Relativgeschwindigkeitswerten
und/oder der Mittelwert aus dem letzten gefilterten Relativgeschwindigkeitswert
und dem letzen ungefilterten Relativgeschwindigkeitswert ermittelt
wird. Dabei wird das zuerst genannte Filterverfahren bevorzugt,
weil das nach diesem Verfahren ermittelte Relativgeschwindigkeitssignal
ein geringeres Rauschen aufweist als das mit dem zuletzt genannten
Filterverfahren ermittelte Relativgeschwindigkeitssignal. Außerdem erreicht
bei dem zuerst genannten Filterverfahren das gefilterte Relativgeschwindigkeitssignal
schneller den Wert null, wenn der EC-Motor angehalten wird.
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In
der Praxis weisen die Magnetsegmente Lagetoleranzen sowie Toleranzen
ihrer Abmessung und ihrer Magnetisierung auf. Auch die Magnetfeldsensoren
H1, H2, H3 können
Lagetoleranzen aufweisen. Die Toleranzen können dazu führen, dass die ermittelten
Geschwindigkeitswerte von der tatsächlichen Relativgeschwindigkeit
zwischen Sekundärteil
und Primärteil
abweichen. Dabei ist die Abweichung von der Messmethode abhängig, mit
der die Geschwindigkeitswerte ermittelt werden.
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In 6 sind
für einen
EC-Motor 2, bei dem der Magnetfeldsensor H1 ungenau positioniert
ist, die Messsignale der Magnetfeldsensoren H1, H2, H3 dargestellt.
Deutlich ist erkennbar, dass aufgrund der ungenauen Positionierung
des Magnetfeldsensors H1 dessen Messsignal gegenüber der Solllage nach rechts
verschoben ist. In 6 ist dies durch Pfeile angedeutet.
In 6 ist weiter erkennbar, dass die Messsignale der Magnetfeldsensoren
H1, H2, H3 exclusiv-oder-verknüpft
werden. Das entsprechende Exclusiv-Oder-Singnal ist mit XOR bezeichnet.
Aufgrund der ungenauen Positionierung des Magnetfeldsensors H1 weisen
einerseits die Pulse und andererseits aber auch die Pulspausen unterschiedliche
Breiten auf. Wenn das Geschwindigkeitssignal dadurch ermittelt wird,
dass die Zeitdauer zwischen dem Auftreten zweier aufeinander folgender Flanken
des XOR-Signals bestimmt und durch die Wegstecke dividiert wird,
die dem Sollabstand entspricht, um den die Magnetsegmente bei fehlerfreier
Positionierung zueinander versetzt sein sollen, ergeben sich Schwankungen
in dem Geschwindigkeitssignal. Das entsprechende Geschwindigkeitssignal
ist in 6 mit nXO R bezeichnet.
Diese Ungenauigkeit kann dadurch vermieden werden, dass das Geschwindigkeitssignal
von nur einem Magnetfeldsensor berechnet wird. Das auf diese Weise
ermittelte Geschwindigkeitssignal ist in 6 mit nH1 bezeichnet.
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In 7 sind
für einen
EC-Motor 2, bei dem der Magnetfeldsensor H1 falsch kalibriert
ist und/oder einen zu großen
Abstand zu den Magnetsegmenten aufweist, die Messsignale der Magnetfeldsensoren
H1, H2, H3 dargestellt. Deutlich ist erkennbar, dass die Pulse des
Magnetfeldsensors H1 eine zu geringe und die Pulspausen eine zu
große
Breite aufweisen. Dadurch ergeben sich auch bei dem XOR-Signal Schwankungen
in der Pulsbreite und der Dauer der Pulspausen. Die Geschwindigkeitssignale
XOR und nH1 schwanken deshalb entsprechend,
wobei die Schwankungen bei dem Geschwindigkeitssignal XOR größer sind
als bei dem Geschwindigkeitssignal nH1.
Diese Ungenauigkeiten können
dadurch vermieden werden, dass das Geschwindigkeitssignal nur mit
Hilfe in diese Richtung weisender Flanken desselben Magnetfeldsensors
berechnet wird. Das auf diese Weise ermittelte Geschwindigkeitssignal
ist in 7 mit nH1↓ bezeichnet.
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In 8 sind
für einen
EC-Motor 2, bei dem ein Magnetsegment zu schwach magnetisiert
ist, die Messsignale der Magnetfeldsensoren H1, H2, H3 dargestellt.
Deutlich ist erkennbar, dass in jedem der Messsignale bei jedem
Vorbeilaufen des zu schwach magnetisierten Magnetsegments an dem
entsprechenden Magnetfeldsensor ein zu schmaler Puls auftritt, der
zu Fehlern in den Geschwindigkeitssignalen nXO R, nH1, und nH 1↓. Dabei sind die Fehler
des Geschwindigkeitssignals nH 1↓.wesentlich
kleiner als die des Geschwindigkeitssignals nX OR.
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Die
Geschwindigkeitswerte werden von einer Steuereinrichtung in einem
vorgegebenem Zeitraster zyklisch angefordert. Die Steuereinrichtung
kann einen Mikrocomputer aufweisen, bei dem jeweils nach einer vorgegeben
Zeitdauer ein Interrupt ausgelöst
wird, um einen Geschwindigkeitswert zu ermitteln. In Abhängigkeit
von der Anzahl der jeweils während
der letzten Messperiode erfassten Magnetfeldsensor-Messsignalen, den
Lage- und/oder Kalibrierungstoleranzen der Magnetfeldsensoren H1,
H2, H3 und den einzelnen Toleranzen, welche die während der
Messperiode detektierten Magnetsegmente hinsichtlich ihrer Positionierung,
ihrer Abmessungen und ihrer Magnetisierung aufweisen, wird jeweils
diejenige Messmethode ausgewählt,
die bei der Ermittlung der Geschwindigkeitswerte den geringsten
Fehler ergibt. Mit dieser Messmethode wird dann der Geschwindigkeitswert
für die
betreffende Messperiode ermittelt.
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Bei
Losfahren nach dem Start-Up oder nach längerem Stillstand des EC-Motors 2 ist
es wichtig, die Verzögerung
bei der Geschwindigkeitsmessung so klein wie möglich zu halten. Dies wird
erreicht, indem ein Geschwindigkeitswert mit den ersten verfügbaren Pulsen
berechnet wird. Wenn während
der Abtastdauer weniger als drei Inkremente aufgetreten sind, werden
die letzten beiden Flanken des XOR-Signals für die Berechnung des Geschwindigkeitswerts
verwendet. Sind während
der Abtastdauer zwischen 3 und 6 Inkremente gezählt worden, werden die letzten
drei (=Anzahl der Magnetfeldsensoren) Inkremente benutzt, um den
Geschwindigkeitswert zu berechnen. Dabei werden beide Flanken desselben
Sensors ausgewertet. Wenn während
der Abtastdauer mehr als sechs Inkremente auftreten, werden die
letzen n × 6
Inkremente für
die Bestimmung des Geschwindigkeitswerts verwendet, wobei n ein
ganzzahliger Wert ist. In diesem Fall wird immer die gleiche Flanke
des letzen Sensors verwendet.
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- 1
- elektrischer
Antrieb
- 2
- EC-Motor
- 3
- Endstufe
- 4
- Mikrocomputer
- H1
- erster
Magnetfeldsensor
- H2
- zweiter
Magnetfeldsensor
- H3
- dritter
Magnetfeldsensor
