DE102007020900A1

DE102007020900A1 - Verfahren zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels eines Hauptrotors und Vorrichtung hierfür

Info

Publication number: DE102007020900A1
Application number: DE102007020900A
Authority: DE
Inventors: Landry Tandjeu Tchuissi; Christian Ruetz; Michael Cirillo
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels phi' eines Hauptrotors, insbesondere einer Lenkradwelle, welcher mit zwei Nebenräder drehgekoppelt ist, unter Berücksichtigung folgender Beziehung: $F1 wobei i0 den ersten Teil einer Partikularlösung (i0, j0) der linearen diophantischen Gleichung $F2 bildet und theta den gemessenen Winkel des ersten Nebenrades innerhalb 360° bildet, psi den gemessenen Winkel des zweiten Nebenrades innerhalb 360° bildet, $I3 der reduzierte Bruch von $I4 ist, n die Zähnezahl oder der Durchmesser des Hauptrotors ist, m die Zähnezahl oder der Durchmeser des ersten Nebenrades ist, l die Zähnezahl oder der Durchmesser des zweiten Nebenrades ist, wobei m und l so gewählt sind, dass die Verhältnisse $I5 nicht ganzzahlig sind, und wobei tr eine Ganzzahl derart ist, dass die Gleichung (1) ein Ergebnis im Messbereich liefert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels eines Hauptrotors, insbesondere einer Lenkradwelle, welcher mit zwei Nebenräder drehgekoppelt ist. Beim absoluten Drehwinkel des Hauptrotors handelt es sich um den Drehwinkel innerhalb mehrerer Umdrehungen des Hauptrotors, insbesondere im Bereich von fünf bis zehn Drehungen.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise aus der EP 0 877 916 und der EP 1 141 660 bekannt geworden. Hierbei erfolgt allerdings die Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Lenkwelle unter der Voraussetzung, dass die Zähnezahlen der Nebenräder sich um 1 unterscheiden beziehungsweise untereinander teilerfremd sind.
Aus der DE 198 49 554 , der EP 1 493 996 und der FR 2 697 081 sind Lenkwinkelsensoren bekannt geworden, bei denen sich die Umdrehungszahlen beider Nebenräder nie um mehr als 1 unterscheiden.
Der vorbekannte Stand der Technik hat den Nachteil, dass die genannten Bedingungen und Voraussetzungen eine Auslegung der Vorrichtung beziehungsweise des Verfahrens stark einschränken.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels eines Hauptrotors, insbesondere einer Lenkradwelle, bereitzustellen, dass den genannten Nachteilen des Standes der Technik abhilft, einfacher ausgebildet und insbesondere an beschränkte Bauraumverhältnisse besser angepasst werden kann.
Die genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Verfahren zeichnet sich folglich dadurch aus, dass der absolute Drehwinkel φ' über folgende Beziehungen berechnet wird:
wobei i₀ den ersten Teil einer Partikularlösung (i₀, j₀) der linearen diophantischen Gleichung
bildet und

ϑ: den gemessenen Winkel des ersten Nebenrades innerhalb 360° bildet,
Ψ: den gemessenen Winkel des zweiten Nebenrades innerhalb 360° bildet,
: der reduzierte Bruch von m / l ist,
n: die Zähnezahl oder der Durchmesser des Hauptrotors ist,
m: Zähnezahl oder der Durchmesser des ersten Nebenrades ist,
l: Zähnezahl oder der Durchmesser des zweiten Nebenrades ist,

_r

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass der absolute Drehwinkel φ' über die Gleichung (1) bestimmt werden kann, mit insbesondere den bekannten Größen n, m und 1, wobei m und l so gewählt sind, dass die Verhältnisse m/l und l/m nicht ganzzahlig sind. Unter Berücksichtigung der vorgenannten Beziehungen ergibt sich folglich ein Verfahren zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels, welches mit vergleichsweise wenig Einschränkungen auf einfache Art und Weise arbeitet.
Unter Berücksichtigung folgender Überlegungen kann man zu der Formel (1) gelangen:
Bezeichnet man mit

Ψ: den Winkel des ersten Nebenrades über 360°,
Ψ': den Winkel des ersten Nebenrades über mehrere Umdrehungen,
ϑ: den Winkel des zweiten Nebenrades über 360°,
ϑ': den Winkel des zweiten Nebenrades über mehrere Umdrehungen,
φ: den Winkel des Hauptrotors über 360°,
φ': den Winkel des Hauptrotors über mehrere Umdrehungen,
i: Umdrehungszahl des ersten Nebenrades,
j: Umdrehungszahl des zweiten Nebenrades, und
ggT(a, b): den größten gemeinsamen Teiler von a und b, wobei a und b ganzzahlig sind,
n: Zähnezahl des Hauptrotors,
m: Zähnezahl des ersten Nebenrades,
l: Zähnezahl des zweiten Nebenrades, und

₁

φ' = mn Ψ' (3),

φ' = ln ϑ' (4),

ψ' = ψ + 360i (5)

ϑ' = ϑ + 360j (6)

Setzt man (3), (4), (5) und (6) ineinander, so erhält man
Durch weitere Simplifikation erhält man
da die linke Seite von (6) ganzzahlig ist, muss die rechte Seite auch ganzzahlig sein. Gleichung (8) ist eine lineare diophantische Gleichung, die genau dann ganzzahlige Lösungen in i und j ergibt, wenn deren rechte Seite teilbar durch ggT(m₁, l₁) ist, was bei vorliegender Betrachtungsweise per Definition immer gegeben ist, da ggT(m₁, l₁) = 1.
Da die rechte Seite von Gleichung (8) aus Messwerten gewonnen wird; ist sie aufgrund von Toleranzen in der Regel nicht immer gannzahlig. Deshalb wird sie immer auf die nächstgelegene Ganzzahl abgerundet. Aus Gleichung (8) wird dann
Mit Hilfe des erweiterten euklidischen Algorithmus kann stets eine Partikularlösung (i₀, j₀) von Gleichung (9) gefunden werden.
Jede weitere Lösung von (9) ist dann der Form
Die gesuchte Lösung ergibt sich für t = t_r so dass i im gewünschten Wertebereich liegt.
Mit den Gleichungen (3), (5) und (10) kann der absolute Lenkradwinkel φ' als φ' = mn (Ψ + 360(i0 + trl1)) (11)berechnet werden.
Alternativ, oder auch kumulativ, kann der absolute Lenkradwinkel φ' unter Nutzung von (4), (6) und (10) auch als φ' = ln (ϑ + 360(j0 + trm1)) (12)bestimmt werden.
Da m < l liefert Gleichung (11) im Allgemeinen eine bessere Auflösung als Gleichung (12).
Die Gleichung (12) kann dann insbesondere für die Plausibilisierung und die zusätzliche Sicherheit benutzt. Damit kann überwacht werden, dass die den jeweiligen Drehwinkel der Nebenräder bestimmende Sensoren nicht über ein bestimmtes Wert hinaus voneinander abweichen. Vorzugsweise wird immer der bessere Winkelwert bezüglich Genauigkeit und Auflösung je nach Auslegung und angewendete Technologie benutzt.
Unter Anwendung des oben gezeigten Verfahrens sind m₁ m / n Umdrehungen des Hauptrotors detektierbar.
Vorteilhafterweise werden die jeweiligen Drehwinkel ϑ und Ψ der Nebenräder jeweils mittels eines eigenen Sensors erfasst. Die derart ermittelten Drehwinkel können dann Auswertemittel zugeführt werden, welche den absoluten Drehwinkel ϑ' berechnen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels ϑ' gelöst, die vorsieht, dass der Durchmesser oder die Zähnezahl des ersten Nebenrades m und der Durchmesser oder die Zähnezahl l des zweiten Nebenrades so gewählt sind, dass die Verhältnisse m / l und l / m nicht ganzzahlig sind, wobei Auswertemittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen sind.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkwinkelsensors 10 dargestellt. Der Lenkwinkelsensor 10 umfasst zwei Nebenräder 12 und 14, die beide mit einem Hauptrotor 16 drehgekoppelt sind. Der Hauptrotor 16 kann insbesondere von einer Lenkwelle gebildet sein. Der Hauptrotor 16 kann allerdings auch drehfest an der Lenkwelle und koaxial zu deren Mittellängsachse an der Lenkwelle angeordnet sein. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Hauptrotor mit der Lenkwelle drehgekoppelt ausgebildet ist.
Der Hauptrotor 16 weist einen Durchmesser n beziehungsweise eine Zähnezahl n auf. Das Nebenrad 12 weist einen Durchmesser m beziehungsweise die Zähnezahl m auf. Das zweite Nebenrad 14 weist einen Durchmesser 1 beziehungsweise die Zähnezahl l auf. Aufgrund der Drehkopplung zwischen dem Hauptrotor 16 und den beiden Nebenräder 12, 14 ergeben sich feste Übersetzungsverhältnisse zwischen den jeweiligen Bauteilen.
Ferner sind zwei Sensoren 18 vorgesehen, wobei der dem Nebenrad 12 zugeordnete Sensor 18 den Drehwinkel ϑ des Nebenrads 12 bestimmt und der dem Nebenrad 14 zugeordnete Sensor den Drehwinkel Ψ innerhalb einer Umdrehung des Nebenrads 12 einer des Nebenrads 14 innerhalb einer Umdrehung des Nebenrads 14 bestimmt.
Die Winkel Ψ und ϑ werden von Auswertemitteln 20 ausgewertet, die anhand der Formel φ' = m / n(Ψ + 360(i₀ + t_rl₁)) den absoluten Drehwinkel φ' über mehrere Umdrehungen des Hauptrotors 16 bestimmen. Als Voraussetzung, dass die genannte Formel Verwendung finden kann, gilt, dass der Durchmesser beziehungsweise die Zähnezahl m des ersten Nebenrades 12 und der Durchmesser beziehungsweise die Zähnezahl l des zweiten Nebenrades 14 so gewählt sind, dass die Verhältnisse m/l und l/m nicht ganzzahlig sind. Der zulässige Messbereich des absoluten Drehwinkelbereichs, innerhalb dessen der absolute Drehwinkel eindeutig bestimmbar ist, ist dabei festgelegt durch: m₁ m / n.
Beispielweise können folgende Auslegungen gewählt werden: m = 22; l = 28; n = 48. In diesem Fall sind 11·22/48 = 5,04 Umdrehungen des Hauptrotors eindeutig detektierbar. Ferner kann m = 26, l = 30 und n = 50 betragen. Dann sind 13·26/50 = 6,76 Umdrehungen des Hauptrotors detektierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0877916 [0002]
- EP 1141660 [0002]
- DE 19849554 [0003]
- EP 1493996 [0003]
- FR 2697081 [0003]

Claims

Verfahren zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels φ' eines Hauptrotors (16), insbesondere einer Lenkradwelle, welcher mit zwei Nebenräder (12, 14) drehgekoppelt ist, unter Berücksichtigung folgender Beziehung: φ' = mn (Ψ + 360(i0 + trl1)) (1),wobei i₀ den ersten Teil einer Partikularlösung (i₀, j₀) der linearen diophantischen Gleichung
bildet und ϑ den gemessenen Winkel des ersten Nebenrades (12) innerhalb 360° bildet, Ψ den gemessenen Winkel des zweiten Nebenrades (14) innerhalb 360° bildet,
der reduzierte Bruch von m / l ist, n die Zähnezahl oder der Durchmesser des Hauptrotors (16) ist, m Zähnezahl oder der Durchmesser des ersten Nebenrades (12) ist, l Zähnezahl oder der Durchmesser des zweiten Nebenrades (14) ist, wobei m und l so gewählt sind, dass die Verhältnisse m / l und l / m nicht ganzzahlig sind, und wobei t_r eine Ganzzahl derart ist, dass Gleichung (1) ein Ergebnis im Messbereich liefert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkels φ' alternativ und/oder zusätzlich unter Berücksichtigung folgender Beziehung φ' = ln (ϑ + 360(j0 + trm1)) (12)berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel ϑ und Ψ der Nebenräder (12, 14) jeweils mittels eines eigenen Sensors (18) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zulässig Messbereich des absolute Drehwinkelbereichs, innerhalb dessen der absolute Drehwinkel φ' eindeutig bestimmbar ist, festgelegt ist durch: m₁ m / n.
Vorrichtung zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels φ' eines Hauptrotors (16), insbesondere einer Lenkradwelle, mit zwei mit dem Hauptrotor (16) drehgekoppelten Nebenrädern (12, 14) mit Sensoren (18) zur Bestimmung der Drehwinkel ϑ und ψ des jeweiligen Nebenrades (12, 14) innerhalb einer Umdrehung des jeweiligen Nebenrades (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser oder die Zähnezahl m des ersten Nebenrades (12) und der Durchmesser oder die Zähnezahl l des zweiten Nebenrades (14) so gewählt sind, dass die Verhältnisse m / l und l / m nicht ganzzahlig sind, wobei Auswertemittel (20) zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehenen sind.