DE102006007234C5

DE102006007234C5 - Verfahren zum Korrigieren von erfassten Positionswerten, Verwendung desselben und Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten sowie Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten

Info

Publication number: DE102006007234C5
Application number: DE102006007234A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: DE102006007234B4; DE102006007234A1

Abstract

Verfahren zum Korrigieren von erfassten Positionswerten (φist) eines Drehwinkelsensors (4), wobei jeder erfasste Positionswert (φist) in Abhängigkeit eines Sollwertes (φsoll) korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass Stützwerte für eine Positionswertefunktion (φist(f)) und eine Sollwertfunktion (φsoll(f)) an nur einem Bezugssystem mit genau einem vorbestimmten Referenzpunkt (6) jeweils an diesem Referenzpunkt ermittelt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren von erfassten Positionswerten eines Drehwinkelsensors, wobei jeder Positionswert in Abhängigkeit eines Sollwertes korrigiert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion und eine Sollwertfunktion, an nur einem Bezugssystem. Zudem betrifft die Erfindung einen Drehwinkelsensor zum Erfassen von Positionswerten, mit einer Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Positionswerte.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zum Erfassen von Positionen bekannt, die auch als Positionssensoren oder Drehwinkelsensoren bezeichnet werden. Die bekannten Vorrichtungen verwenden kapazitive, induktive oder auch optische Erfassungseinrichtungen zum Erfassen von Positionen. Jedoch weisen die üblichen Vorrichtungen eine nur begrenzte Genauigkeit auf, die für bestimmte Anwendungen nicht ausreicht. Die Ursache hierfür sind in der Regel Montage- und Fertigungstoleranzen der verwendeten mechanischen und elektronischen Bauteile der Vorrichtungen.
Um die Genauigkeit der bekannten Vorrichtung für bestimmte Anwendungen zu verbessern, ist es deshalb erforderlich, die einzelnen Bauteile bei der Montage der Vorrichtung entsprechend zu justieren. Dazu sind aufwändige Messungen zum Kalibrieren der Vorrichtung bei der Montage notwendig. Ohne diesen zusätzlichen mechanischen und/oder elektronischen Justageaufwand, welcher kosten- und zeitintensiv ist, können die Positionstoleranzen bei den bekannten Vorrichtungen nicht entscheidend beeinflusst werden. Aus diesem Grund sind die bekannten Positionssensoren mit hoher Genauigkeit nur mit erheblichem Aufwand kostenintensiv zu fertigen.
Eine weitere Möglichkeit die Genauigkeit der bekannten Vorrichtungen zu verbessern, kann dadurch erreicht werden, dass eine mathematische Korrektur während des Betriebes der Vorrichtung durchgeführt wird. Dazu kann ein Verfahren zum Korrigieren der Positionswerte bei den bekannten Vorrichtungen zum Erfassen von Positionen eingesetzt werden, wobei das Verfahren aus der Druckschrift DE 100 41 096 A1 bekannt ist. Bei dem bekannten Verfahren wird jeder Positionswert in Abhängigkeit eines Sollwertes korrigiert. Die Ermittlung der erforderlichen Sollwerte ist bei dem bekannten Verfahren sehr aufwändig und fehlerbelastet. Es hat sich gezeigt, dass das bekannte Verfahren mit einem erheblichen Aufwand betrieben werden muss, um eine gewünschte Genauigkeit bei den Positionswerten der Vorrichtungen zu realisieren. So dient bei dem bekannten Verfahren ein Referenzdrehwinkelsensor als Bezugssystem. In dieser Form kann das Bezugssystem als komplex bezeichnet werden. Resultierend aus dieser Komplexität ergibt sich in nachteiliger Weise ein erheblicher Aufwand dieses Bezugssystem genau auszugestalten.
Ferner ist aus der Druckschrift DE 198 00 455 A1 ein Mehrspur-Positionscodiersystem bekannt. Das Mehrspur-Positionscodiersystem umfasst ein Coderad mit einer ersten Spur mit inkrementalen Markierungen einer ersten Auflösung und mit einer zweiten Spur mit inkrementalen Markierungen einer zweiten Auflösung, wobei ein erster Sensor die Markierungen entlang der ersten Spur und ein zweiter Sensor die Markierungen entlang der zweiten Spur identifiziert. Für eine Korrektur sind eine Vielzahl von Referenzpunkten auf dem Coderad erforderlich, welches zum einen die Mess- und Verarbeitungsdauer nachteilig beeinflusst und zum anderen die von dem Coderad verursachten Fehler z. B. durch ungenaue inkrementale Markierungen nicht berücksichtigt.
Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Korrigieren von Positionswerten sowie eine Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion und eine Sollwertfunktion vorzuschlagen, um eine gewünschte Genauigkeit der Positionswerte auf einfachste Weise bei möglichst geringem Zeit- und Kostenaufwand zu realisieren.
Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1, und bezüglich der Messanordnung durch die Merkmale des Patentanspruches 14 sowie hinsichtlich des Drehwinkelsensors durch die Merkmale des Patentanspruches 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung schlägt somit ein Verfahren zum Korrigieren von erfassten Positionswerten in Abhängigkeit von Sollwerten vor, die an nur einem Bezugssystem mit genau einem vorbestimmten Referenzpunkt ermittelt werden. Durch die Verwendung von genau einem Referenzpunkt, wird eine nahezu fehlerfreie und wartungsfreie Referenz zum Ermitteln der Sollwerte für die Korrektur der erfassten Positionswerte gegeben. Diese Art der Korrektur der Positionswerte zeichnet sich gegenüber bekannten Verfahren durch minimalen Speicherbedarf und geringe Messdauer aus, welches insbesondere durch die geringere Anzahl der erforderlichen Stützwerte zum Ermitteln einer Sollwertefunktion für die erfindungsgemäße Korrektur erreicht wird.
Darüber hinaus ist eine hohe Genauigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch gegeben, da lediglich ein einzelner Referenzpunkt das Bezugssystem darstellt. Signallaufzeiten sind bei der Erfassung des Referenzpunktes unerheblich, da diese bei einmal gegebener Auswerteelektronik einen konstanten Einfluss auf jede Erfassung des Referenzpunktes haben. Mit Hilfe des gewählten Bezugssystems wird die notwendige Fehlerfunktion bestimmt und dauerhaft in einer Vorrichtung zum Erfassen von Positonswerten bzw. in dem Positionssensor abgespeichert. Während des Betriebes kann dann die Korrektur durchgeführt werden, so dass die Genauigkeit der Vorrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren erhöht und die Fertigungs- und Montagedauer aufgrund der entfallenen mechanischen Justage auf ein Minimum reduziert wird. Somit können Vorrichtungen mit erhöhter Genauigkeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kostengünstiger hergestellt werden.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für den Einsatz bei einem Drehwinkelsensor als Vorrichtung zur Erfassung von Positionswerten vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der für die Korrektur erforderlichen Sollwerte als Bezugssystem eine rotierende Welle mit einem Messwertaufnehmer verwendet wird, wobei an der Welle genau ein vorbestimmter Umfangspunkt als Referenzpunkt gewählt wird. Beispielsweise kann der Referenzpunkt an dem Umfang der Welle markiert sein. Auf diese Weise kann der genau eine Referenzpunkt durch den Messwertaufnehmer eines Messgerätes bei der Drehung der Welle erfasst und so ein Stützwert einer Sollwertfunktion bestimmt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann bei dem Bezugssystem das Erreichen des Referenzpunktes bei sich drehender Welle jeweils als Nullimpuls von dem Messwertaufnehmer erfasst werden. Die auf diese Weise erhaltenen Werte dienen als Stützwerte bzw. Stützstellen zum Ermitteln einer Sollwertfunktion. Somit kann anhand der Nullimpulse des Messwerteaufnehmers die gewünschte Sollwertfunktion dargestellt werden, deren Funktionsgleichung durch ein geeignetes Näherungsverfahren ermittelt wird. Die Sollfunktion kann beispielsweise in Form eines Polynoms dargestellt werden.
Um eine Fehlerfunktion zum Korrigieren der erfassten Positionswerte eines Drehwinkelsensors zu ermitteln, wird der Drehwinkelsensor mit dem Bezugssystem ebenfalls gekoppelt. Auf diese Weise kann mit dem Drehwinkelsensor eine diskrete Positonswertefunktion bestimmt werden. Während der Ermittlung der Stützwerte der Sollwertfunktion können die Positionswerte bzw. -signale des Drehwinkelsensors aufgenommen werden, so dass der Positionsverlauf als Istwertefunktion bzw. Positionswertefunktion erstellt werden kann.
Bei einem drehenden Bezugssystem entsprechen die Nullimpulse des Messwerteaufnehmers einem Vielfachen der möglichen Ist-Positionen pro Umdrehung der Welle des Bezugssystems. Voraussetzung zur Ermittlung einer Fehlerfunktion aus der Positionswertefunktion und der Sollwertfunktion ist ein gemeinsamer Nullpunkt. Deshalb muss die zeitliche Differenz zwischen dem Nullimpuls des Messwertaufnehmers und der Nullposition der Ist-Positionen berechnet und von sämtlichen Stützstellen der Sollwertfunktion abgezogen werden. Auf diese Weise werden die Koordinatensysteme der Sollwert- und der Positionswertefunktion derart ineinander gedreht, dass die beiden Nullpunkte dieser Funktionen übereinander liegen.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann aus diesen Funktionen eine Fehlerfunktion ermittelt werden. Die Differenz der Positionswertefunktion bzw. der Istwertefunktion und der Sollwertfunktion für alle Zeitpunkte der Positionswerte, die durch den Drehwinkelsensor erfasst worden sind, bilden eine Fehlerfunktion in Form einer diskreten Funktion. Mit Hilfe dieser Fehlerfunktion kann der Fehleranteil jedes erfassten Positionswertes bestimmt und korrigiert werden.
Gemäß einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann diese Fehlerfunktion mit Hilfe der Fourier-Transformation analysiert werden. Als Ergebnis der Fourier-Transformation werden die Amplituden und Phasenwinkel der Grund- und Oberwellen erhalten. Je nach Messaufnehmersystem des Drehwinkelsensors zum Erfassen von Positionen lassen sich Grundwelle und bestimmte Oberwellen mechanischen Eigenschaften zuordnen, die relativ zu den anderen Oberwellen bei einem vorhandenen Fehler durch eine große Amplitude gekennzeichnet sind. Diese Oberwellen werden im Weiteren als relevante Oberwellen bezeichnet. Während des Betriebes des Drehwinkelsensors werden die Funktionswerte der relevanten Oberwellen in Bezug auf die aktuell erfasste Position mit Hilfe der zugeordneten Amplitude und des Phasenwinkels berechnet. Die Summe dieser Funktionswerte stellt den relevanten Fehleranteil der aktuell erfassten Position dar.
Vorzugsweise können die relevanten Amplituden und Phasenwinkel in einer Verarbeitungseinrichtung eines Drehwinkelsensors zum Erfassen von Positionswerten abgespeichert werden, so dass mit Hilfe dieser Werte die Fehleranteile berechnet und von dem erfassten Positionswert abgezogen werden können. Auf diese Weise kann durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dem Drehwinkelsensor ein Fehler bereinigtes Ausgangssignal als korrigierter Positionswert erhalten werden. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine am Anfang erfasste Sollfunktion zum Bestimmen einer Fehlerfunktion verwendet werden, um im Betrieb des Drehwinkelsensors für jede Position eine Korrektur durchzuführen, so dass die Genauigkeit der erfassten Positionswerte erheblich verbessert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise bei einer beliebigen Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten eingesetzt werden, um dessen erfasste Positionswerte zu korrigieren.
Im Rahmen einer Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Drehwinkelsensor eingesetzt werden. Je nach Art des Sensors können verschiedene Verarbeitungseinrichtungen zum Verarbeiten eines erfassten Positionswertes verwendet werden
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Verarbeitungseinrichtung als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), FPGA (field programmable gate arrays), CPLD (complex programmable logic device) oder ASIC (application specific integrated circuit) ausgebildet sein. Die zentrale Verarbeitungseinheit kann mit einem Speicher oder dergleichen verbunden sein, in dem die Werte der Amplituden und Phasenwinkel der relevanten Oberwellen abgelegt sind. Mit diesen Werten können dann die korrigierten Positionswerte berechnet werden. Gemäß der Erfindung kann die Verarbeitungseinrichtung jeden erfassten Positionswert in Abhängigkeit einer ermittelten Fehlerfunktion korrigieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Verarbeitungseinrichtung einen korrigierten Positionswert aus einem erfassten Positionswert mit Hilfe der gespeicherten Amplituden und Phasenwinkel der relevanten Oberwellen einer analysierten Fehlerfunktion ermitteln. Bei dem erfindungsgemäßen Drehwinkelsensor können vorzugsweise mit Hilfe des ebenfalls vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahrens die erfassten Positionswerte derart korrigiert werden, dass ein fehlerbereinigtes Ausgangssignal als korrigierter Positionswert ausgegeben wird. Somit wird die Messgenauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich verbessert.
Vorzugsweise kann die Verarbeitungseinrichtung eine Vorverarbeitung umfassen, bei der eine Signalumformung in Form eines Analog/Digital-Umwandlers, Arcustangens oder dergleichen erfolgen kann. Mit diesen vorverarbeiteten Signalen kann dann die Korrektur in der vorbeschriebenen Weise erfolgen, so dass die Verarbeitungseinrichtung korrigierte Ausgangssignale abgeben kann. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Drehwinkelsensor als Ausgabeeinrichtung ein analoges oder digitales Interface umfassen. Als analoge Ausgangssignale sind Stromquellen, z. B. 0 bis 20 mA oder 4 bis 20 mA, und/oder auch Spannungsquellen, z. B. 0 bis 5 Volt oder 0 bis 10 V, möglich. Als digitale Schnittstellen können z. B. ein ASSI-Interface, ein CAN- und/oder ein Profibus verwendet werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass als Erfassungseinrichtung z. B. eine Halleffekt-, eine induktive, eine kapazitive, eine magnetoresistive und/oder optische Messeinrichtung mit entsprechenden Messaufnehmern eingesetzt wird. Es sind auch Kombinationen der unterschiedlichen Messeinrichtungen denkbar. Neben den genannten Messverfahren können auch z. B. magnetische Messverfahren eingesetzt werden. Möglicherweise können auch Potentiometer oder dergleichen verwendet werden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird somit das Verfahren zum Korrigieren von Positionswerten, und auch der Drehwinkelsensor selbst als Vorrichtung zum Erfassen von Positionen beansprucht, bei dem die Verarbeitungseinrichtung jeden erfassten Positionswert in Abhängigkeit eines vorzugsweise mit dem vorbeschriebenen Verfahren ermittelten relevanten Fehleranteils korrigiert.
Des Weiteren wird auch eine Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion und eine Sollwertfunktion an nur einem Bezugssystem beansprucht. Erfindungsgemäß kann das Bezugssystem einen Drehwinkelsensor, mit einer Welle und genau einen Referenzpunkt umfassen, der von einem Messaufnehmer bei jeder Umdrehung der Welle erfasst wird. Vorzugsweise kann die Welle des Drehwinkelsensors mit einer Schwungscheibe gekoppelt sein, an deren Umfang der genaue Referenzpunkt vorgesehen ist. Die durch die Messanordnung gewonnene Positionswertefunktion und Sollwertfunktion können in oben beschriebener Weise zur Korrektur der erfassten Positionswerte des Drehwinkelsensors verwendet werden.
Es ist möglich, dass die Messanordnung derart verändert wird, dass sie in einen Drehwinkelsensor zum Erfassen von Positionswerten integriert werden kann, um dadurch das Einmessen im Positionssensor durchzuführen und auf diese Weise eine Zeit- und Kostenersparnis beim Einmessen zu realisieren.
Des Weiteren kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch einen Drehwinkelsensor zum Erfassen von Positonswerten, mit einer Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Positionswerte gelöst werden, wobei die der Drehwinkelsensor eine Messeinrichtung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion φ_ist(t) und eine Sollwertfunktion φ_soll(t) zur Positionswertekorrektur umfasst. Demnach ist eine modifizierte Messanordnung als Messeinrichtung in den Drehwinkelsensor integriert.
Der vorgeschlagene Drehwinkelsensor bietet den wesentlichen Vorteil, dass eine Fehlerkorrektur vom Drehwinkelsensor selbst durchgeführt werden kann. Dazu kann die vorgesehene Messeinrichtung zunächst durch entsprechendes Einmessen des Drehwinkelsensors eine Fehlerfunktion bestimmen, um danach z. B. mittels der Verarbeitungseinrichtung mit Hilfe der ermittelten Fehlerfunktion eine Korrektur jedes erfassten Positionswertes durchzuführen.
Die Ermittlung der Fehlerfunktion kann vorzugsweise so durchgeführt werden, wie es das bereits beschriebene Verfahren vorschlägt. Die Korrektur der Positionswerte kann dann vorzugsweise gemäß der vorbeschriebenen Verwendung erfolgen. Es sind jedoch auch Abweichungen von den beschriebenen Vorgehensweisen möglich.
Für das Einmessen ist eine Anzahl von größer gleich einer Umdrehung der Positonssensorwelle ausreichend, wobei die Fourier-Transformation mit äquidistanten oder auch nicht äquidistanten Stützstellen durchgeführt werden kann. Nach erfolgtem Einmessen kann die Erfassung der Fehlerfunktion abgeschaltet werden, da die für die Korrektur der Positionswerte erforderlichen Daten erfasst sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehwinkelsensor können auch Fehler beseitigt werden, die aus einer Anwendung resultieren. Dies deshalb, weil die Ermittlung der Fehlerfunktion im Drehwinkelsensor im eingebauten Zustand erfolgt. Zudem kann bei dem vorgeschlagenen Drehwinkelsensor eine Zeit- und eine damit verbundene Kostenersparnis durch die erhebliche Verkürzung des Einmessens des Drehwinkelsensors erreicht werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm einer möglichen Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Korrigieren von erfassten Positionswerten;
2 ein Ablaufdiagramm einer Betriebsweise eines Drehwinkelsensors, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird;
3 eine schematische Ansicht eines möglichen Aufbaus des Drehwinkelsensors;
4 eine schematische Ansicht einer möglichen Messanordnung zum Bestimmen der Stützwerte für eine Sollwertfunktion und Istwertefunktion; und
5 eine schematische Teilansicht einer Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten.
In 1 ist ein möglicher Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren beginnt mit dem Erfassen der Stützwerte von Positionswerten bzw. Istpositionen φ_ist und von Sollwerten φ_soll an genau einem Referenzpunkt nur eines Bezugssystems. Aus den Stützwerten wird eine Sollwertfunktion φ_soll(t) berechnet. Die Positionswertefunktion bzw. Istwertefunktion φ_ist(t) ist nach der Erfassung als diskrete Funktion in Form einer Wertetabelle gegeben.
Aus der Sollwertfunktion φ_soll(t) und der Positionswertefunktion φ_ist(t) wird die Fehlerfunktion Δf(φ_ist) = φ_ist – φ_soll(t(φ_ist)) ermittelt. Mit Hilfe der Fourier-Transformation wird die Fehlerfunktion Δf(φ_ist) analysiert. Die Analyse ergibt die relevanten Amplituden A_K und Phasenwinkel φ_K. Diese Werte werden in einer Verarbeitungseinrichtung 9 eines beliebigen Drehwinkelsensors abgespeichert. Danach ist das erfindungsgemäße Verfahren beendet. Auf diese Weise kann jeder von dem Drehwinkelsensor erfasste Positionswert korrigiert werden, ohne dass eine mechanische Justage erforderlich ist.
In 2 ist eine mögliche Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens angedeutet. Bei dieser Anwendung wird das Verfahren bei einem so genannten Singleturn- oder Multiturn-Drehwinkelsensor zum Erfassen von Positionswerten verwendet, um die erfassten Positionswerte zu korrigieren.
Der Drehwinkelsensor beginnt mit dem Erfassen einer Istposition als erfassten Positionswert φ_ist. Für diesen Positionswert φ_ist werden die Fehleranteile Δf_K(φ_ist) für die relevanten Oberwellen K berechnet. Die Korrektur bzw. Fehlerbereinigung wird durch die Subtraktion der Fehleranteile Δf_K(φ_ist) von der Istposition φ_ist erreicht. Schließlich kann der Positionssensor den fehlerbereinigten Positionswert φ_out ausgegeben.
In 3 ist schematisch ein möglicher Aufbau des Drehwinkelsensors gezeigt. Der Drehwinkelsensor weist eine Erfassungseinrichtung bzw. ein Messsystem auf. Als Messverfahren der Erfassungseinrichtung kann zumindest eines der genannten Messverfahren, wie z. B. ein Halleffekt-, ein induktives, ein magnetisches, ein kapazitives und/oder ein optisches Messverfahren, oder auch eine beliebige Kombination der genannten Messverfahren eingesetzt werden. Die Verwendung einer Potentiometer-Messeinrichtung ist auch denkbar. Mit der Erfassungseinrichtung kann ein Positionswert zunächst erfasst werden.
Des Weiteren ist eine Verarbeitungseinrichtung 9 zur Signalverarbeitung bei dem Drehwinkelsensor vorgesehen. Die Signalverarbeitung umfasst eine Vorverarbeitung, bei der eine Signalumformung z. B. in Form eines Analog/Digital-Umwandlers durchgeführt wird. Mit diesen vorverarbeiteten Signalen kann dann die Korrektur in der in 2 dargestellten Weise erfolgen, so dass die Verarbeitungseinrichtung 9 korrigierte Ausgangssignale abgeben kann. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Drehwinkelsensor als Ausgabeeinrichtung ein analoges oder digitales Interface umfassen.
4 zeigt einen möglichen Aufbau einer Messanordnung 1 mit der die Stützwerte für die Sollwertfunktion φ_soll(t) und die Istwertefunktion φ_ist(t) bestimmt werden können. Dabei stellt die obere Darstellung eine Draufsicht auf die Messanordnung dar, wobei die untere Darstellung eine Seitenansicht zeigt. Die Messanordnung 1 umfasst eine Grundplatte 2, an der senkrecht eine Welle 3 eines Drehwinkelsensors 4 gehalten ist. Die Welle 3 des Drehwinkelsensors 4 ist mit einer Schwungscheibe 5 gekoppelt. An der Schwungscheibe 5 ist am Umfang ein Dorn als Referenzpunkt 6 gekennzeichnet.
Der Referenzpunkt 6 erreicht bei jeder vollen Umdrehung der Schwungscheibe 5 bzw. der Welle 3 einen Messaufnehmer 7, wodurch ein Nullimpuls erzeugt wird. Der Nullimpuls und die entsprechenden Positionswerte des Drehwinkelsensors 4 werden einer nicht weiter dargestellten Verarbeitungseinheit zugeführt, die eine Analyse mit Hilfe einer Fourier-Transformation in oben beschriebener Art und Weise durchführt.
Schließlich zeigt 5 eine schematische Teilansicht einer Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten. Der erfindungsgemäße Drehwinkelsensor 4 kann beispielsweise zur Absolutwegbestimmung, zur Geschwindigkeitsermittlung oder auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden. Auf die einzelnen möglichen Sensorarten wird nicht weiter eingegangen, da die erfindungsgemäße Ausführung bei sämtlichen Sensorarten einsetzbar ist.
Bei dem in 5 dargestellten Drehwinkelsensor 4 sind der Einfachheit halber nur die für Erfindung wesentlichen Teile gezeigt. Auf die Darstellung weiterer erforderlicher Bauteile des Drehwinkelsensors 4 wurde verzichtet.
Der Drehwinkelsensor 4 umfasst eine Leiterplatte 8 in beliebiger Form, die einen Messaufnehmer 7 einer Messeinrichtung zum Einmessen des Drehwinkelsensors 4 aufnimmt. Ferner ist auf der Leiterplatte 8 eine Verarbeitungeinrichtung 9 zum Durchführen der Positionswertekorrektur in Abhängigkeit der ermittelten Fehlerfunktion vorgesehen. Des Weiteren ist eine Sensor-Welle 3 vorgesehen, an dessen Umfang genau ein Referenzpunkt 6 angeordnet ist.
Der Messaufnehmer 7 ist der Welle 3 derart zugeordnet, dass der Referenzpunkt 6 von dem Messaufnehmer 7 bei jeder Umdrehung der Welle 3 als Nullimpuls erfasst werden kann. Der Messaufnehmer 7 der Messeinrichtung ist mit der Verarbeitungseinrichtung 9 auf beliebige Art und Weise gekoppelt. Bezüglich der Daten- bzw. Signalübertragung sowie der Signalverarbeitung wird insbesondere auf die obige Beschreibung verwiesen, wobei Abwandlungen möglich sind. Die Verarbeitungeinrichtung 9 ist nur schematisch angedeutet und kann weitere Elemente umfassen. Beispielsweise können eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und/oder ein FPGA und/oder eine CPLD und/oder ein ASIC vorgesehen sein, um z. B. die beim Einmessen ermittelte Fehlerfunktion entsprechend zu analysieren und die Positionswertekorrektur durchzuführen.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehwinkelsensor 4 kann die Verarbeitungeinrichtung 9 die in 2 beschriebene Fehlerfunktionsermittlung und auch die Positionswertekorrektur gemäß 3 durchführen, welche bereits ausführlich in der Beschreibung erläutert wurden, sodass auf weitere Ausführungen an dieser Stelle verzichtet wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

φ_ist: Positionswert bzw. Istwert
φ_ist(t): Positionswertefunktion bzw. Istwertefunktion
φ_soll: Sollwert
φ_soll(t): Sollwertfunktion
Δf(φ_ist): Fehlerfunktion
ΔfK(φ_ist): Fehleranteil
A_K: Amplitude
φ_K: Phasenwinkel
φ_out: fehlerbereinigter Positionswert bzw. Ausgabewert
K: relevante Oberwelle
N: Auflösung des Drehwinkelsensors
1: Messanordnung
2: Grundplatte
3: Welle
4: Drehwinkelsensor
5: Schwungscheibe
6: Referenzpunkt
7: Messaufnehmer
8: Leiterplatte
9: Verarbeitungseinrichtung

Claims

Verfahren zum Korrigieren von erfassten Positionswerten (φ_ist) eines Drehwinkelsensors (4), wobei jeder erfasste Positionswert (φ_ist) in Abhängigkeit eines Sollwertes (φ_soll) korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass Stützwerte für eine Positionswertefunktion (φ_ist(f)) und eine Sollwertfunktion (φ_soll(f)) an nur einem Bezugssystem mit genau einem vorbestimmten Referenzpunkt (6) jeweils an diesem Referenzpunkt ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bezugssystem eine rotierende Welle (3) mit einem Messwertaufnehmer (7) verwendet wird, wobei an der Welle (3) ein vorbestimmter Umfangspunkt als Referenzpunkt (6) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangspunkt an der sich drehenden Welle (3) durch den Messwertaufnehmer (7) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen des Referenzpunktes (6) bei rotierender Welle (3) jeweils als Nullimpuls von dem Messwertaufnehmer (7) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Nullimpulse als Stützwerte zum Bestimmen einer Sollwertfunktion (φ_ist(t)) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionswerte an dem Bezugssystem in Form einer diskreten Positionswertefunktion (φ_ist(t)) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den folgenden Gleichungen eine Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) bestimmt wird: Δf(t) = φ_ist(t) – φ_soll(t) für alle: t(φ_ist) Δf(φ_ist) – φ_ist – φ_soll(t(φ_ist))
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) durch eine Fourier-Transformation analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fourier-Transformation die Amplituden (A_K) und Phasenwinkel (φ_K) der relevanten Oberwellen (K) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden (A_K) und Phasenwinkel (φ_K) der relevanten Oberwellen (K) in einer Verarbeitungseinrichtung (9) einer Vorrichtung zum Erfassen eines Positionswertes abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verarbeitungseinrichtung (9) aus einem erfassten Positionswert (φ_ist) mit den gespeicherten Amplituden (A_K) und Phasenwinkel (φ_K) der relevanten Oberwellen (K) Fehleranteile (Δf_k(φ_ist)) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein korrigierter Positionswert (φ_out) durch folgende Gleichung ermittelt wird: φ_out = φ_ist – Σ N / K=1Δf_k(φ_ist) mit N: Auflösung der Vorrichtung
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur die relevanten Fehleranteile (Δf_k(φ_ist)) als Teilsumme berücksichtigt werden.
Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion (φ_ist(t)) und eine Sollwertfunktion (φ_soll(t)) an nur einem Bezugssystem, wobei das Bezugssystem einen Drehwinkelsensor (4) mit einer Welle 3 und genau einem Referenzpunkt (6) umfasst, der von einem Messwertaufnehmer (7) bei jeder Umdrehung der Welle (3) als Stützwert für die Sollwertfunktion (φ_soll(t)) erfasst wird.
Messanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle mit einer Schwungscheibe gekoppelt ist, an deren Umfang der Referenzpunkt (6) vorgesehen ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie in eine Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten integriert ist.
Drehwinkelsensor zum Erfassen von Positionswerten (φ_ist) mit einer Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Positionswerte (φ_ist), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (4) eine Messeinrichtung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion (φ_ist(t)) und eine Sollwertfunktion (φ_soll(t)) zur Positionswertekorrektur umfasst, wobei die Messeinrichtung einen Messaufnehmer (7) aufweist, der einer Welle (3) mit genau einem Referenzpunkt (6) zugeordnet ist, sodass der Referenzpunkt (6) von dem Messaufnehmer (7) bei jeder Umdrehung der Welle (3) als Nullimpuls erfasst wird, wobei durch die Verarbeitungseinrichtung (9) mittels der erfassten Nullimpulse als Stützwerte eine Sollwertfunktion (φ_soll(t)) bestimmt wird, wobei die Verarbeitungseinrichtung (9) aus der Sollwertfunktion (φ_soll(t)) und der Positionswertefunktion (φ_ist(t)) eine Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) ermittelt.
Drehwinkelsensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) durch die Verarbeitungseinrichtung (9) mittels einer Fourier-Transformation analysierbar ist.
Drehwinkelfunktion nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Amplituden (A_K) und Phasenwinkel (φ_K) relevanter Oberwellen (K) der Fourier-Transformation von der Verarbeitungseinrichtung (9) ermittelbar und abspeicherbar sind.
Drehwinkelsensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verarbeitungseinrichtung (9) bei einem erfassten Positionswert (φ_ist) mit den gespeicherten Amplituden (A_K) und Phasenwinkel (φ_K) der relevanten Oberwellen (K) Fehleranteile (Δf_k(φ_ist)) ermittelbar sind.
Drehwinkelsensor nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Verarbeitungseinrichtung (9) jeder erfasste Positionswert (φ_ist) in Abhängigkeit der ermittelten Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) korrigierbar ist.
Drehwinkelsensor nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Transformation mit äquidistanten und/oder nicht äquidistanten Stützwerten durchführbar ist.