DE102007052099A1 - Electric power steering assemblies - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Betreiben eines Winkelstellungssensors für ein elektrisches Servolenkungssystem des Typs, bei dem ein Elektromotor ein Hilfsdrehmoment an einen Abschnitt eines Lenkungsmechanismus anlegt und zumindest ein Winkelstellungssensor vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal mit einer Mehrzahl diskreter Ausgangszustände erzeugt, wobei sich das Ausgangssignal zwischen den Zuständen als eine Funktion der Winkelstellung entweder des Lenkungsmechanismus oder des Rotors des Elektromotors ändert. Das Verfahren umfasst die Schritte des Detektierens der Übergänge zwischen dem Ausgangssignal des Sensors und ein Modifizieren eines Zählwertes daraus, der ein Maß für die Winkelstellung des Sensors angibt. Der zumindest eine Sensor wird mit einer Frequenz alternierend eingeschaltet und ausgeschaltet, die niedriger als die maximal erwartete Frequenz der Übergänge zwischen den Zuständen des Sensorausgangssignals ist.A method of operating an angular position sensor for an electric power steering system of the type wherein an electric motor applies an auxiliary torque to a portion of a steering mechanism and at least one angular position sensor is provided generating an output signal having a plurality of discrete output states, wherein the output signal between states is represented as a function of the angular position of either the steering mechanism or the rotor of the electric motor changes. The method includes the steps of detecting the transitions between the output of the sensor and modifying a count therefrom indicative of a measure of the angular position of the sensor. The at least one sensor is alternately turned on and off at a frequency that is lower than the maximum expected frequency of the transitions between the states of the sensor output signal.
Description
Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei elektrischen Servolenkungssystemen für Fahrzeuge der Art, bei denen ein Elektromotor über ein Getriebe mit einer Lenkungsanordnung betriebsfähig verbunden ist, um ein Hilfsdrehmoment an die Lenkungsanordnung anzulegen, und insbesondere eine Vorrichtung zum Bestimmen der Winkelstellung eines Abschnitts einer Lenkungsanordnung.The The invention relates to improvements in electric power steering systems for vehicles of Kind, in which an electric motor over a transmission operatively connected to a steering assembly is to apply an auxiliary torque to the steering assembly, and in particular a device for determining the angular position a portion of a steering assembly.
Es ist wohlbekannt, elektrische Servolenkungssysteme (EPAS: Electric Power Assisted Steering) der angegebenen Art bereitzustellen. Die Lenkungsanordnung umfasst typischerweise ein Handrad, das mit einer Lenkwelle verbunden ist, die mit einem Straßenrad oder mehreren Straßenrädern über eine Lenkzahnstange betriebsfähig verbunden ist, obwohl allgemein viele unterschiedliche Anordnungen verwendet werden. Einige EPAS-Systeme verwenden bürstenlose Elektromotoren, in denen der Elektromotor mit einem Motorpositionssensor versehen ist, um den zeitlichen Ablauf des Schaltens oder der Kommutation der Wicklungen des Motors zu steuern. Der Motorpositionssensor umfasst typischerweise einen Schalter vom elektromagnetischen Typ oder Schalter, die ihren Zustand ändern, wenn ein an dem Rotor vorgesehener Magnet den Sensor passiert. Alternativ kann eine magnetische Scheibe an der Rotorwelle angebracht sein, und der Sensor kann eine Bewegung der Magnete auf der Scheibe detektieren.It is well known electric power steering systems (EPAS: Electric Power Assisted Steering) of the specified type. The Steering arrangement typically includes a handwheel that with a Steering shaft is connected to one or more road wheels over a road Steering rack operational although generally many different arrangements be used. Some EPAS systems use brushless Electric motors in which the electric motor with a motor position sensor is provided to the timing of the switching or the commutation to control the windings of the motor. The engine position sensor includes typically an electromagnetic type switch or switch, who change their condition, when a magnet provided on the rotor passes the sensor. alternative a magnetic disc may be attached to the rotor shaft, and the sensor can detect movement of the magnets on the disk.
Aus
unserem früheren
europäischen
Patent
In
der Anordnung gemäß
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Winkelstellungssensors für ein elektrisches Servolenkungssystem der Art bereit, bei der ein Elektromotor ein Hilfsdrehmoment an einen Abschnitt eines Lenkungsmechanismus anlegt, und es ist zumindest ein Winkelstellungssensor vorgesehen, der ein Ausgangssignal mit einer Mehrzahl diskreter Ausgangszustände aufweist, wobei sich das Ausgangssignal zwischen den Zuständen als eine Funktion der Winkelstellung entweder des Lenkungsmechanismus oder des Rotors des Elektromotors ändert, wobei Übergänge zwischen dem Ausgangssignal des Sensors detektiert werden und verwendet werden, um einen Zählwert zu modifizieren, der ein Maß der Winkelstellung des Sensors gibt, und bei dem der zumindest eine Sensor mit einer Frequenz alternierend eingeschaltet und ausgeschaltet wird, die niedriger als die maximal erwartete Frequenz der Übergänge zwischen den Zuständen des Sensorausgangssignals ist.According to one In the first aspect, the invention provides a method for operating a Angle position sensor for an electric power steering system of the kind in which a Electric motor to an auxiliary torque to a portion of a steering mechanism applies, and at least one angular position sensor is provided, which has an output signal with a plurality of discrete output states, where the output signal between the states is a function of Angular position of either the steering mechanism or the rotor of the Electric motor changes, being transitions between the output signal of the sensor can be detected and used by one count modify, which is a measure of Angular position of the sensor are, and in which the at least one Sensor with one frequency alternately turned on and off which is lower than the maximum expected frequency of the transitions between the states of the sensor output signal.
Das Alternieren zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand wird "Blitzen" genannt. Mit ausgeschaltet ist das Schalten in einen Zustand ohne oder mit einer minimalen Leistungsaufnahme gemeint, bei dem das Ausgangssignal des Sensors nicht gelesen wird. Mit eingeschaltet ist gemeint, dass sich der Sensor in einem Zustand befindet, in dem das Ausgangssignal gelesen wird. Die Strategie kann daher das periodische Einschalten der Sensoren zu allen Zeitpunkten und das Abtasten des Ausgangssignals der Sensoreinrichtung umfassen, wenn diese eingeschaltet ist. Die Sensoren können dann zwischen Abtastungen ausgeschaltet werden und zu diesem Zeitpunkt nicht abgetastet werden. Dies minimiert verglichen mit einem kontinuierlichen Betrieb der Sensoren die durchschnittliche Stromaufnahme. Es ermöglicht auch, dass der Zähler die Lenkwellenposition nachverfolgt, sogar wenn das Lenkungssystem durch Ausschalten der Fahrzeugzündung ansonsten ausgeschaltet ist, ohne die Fahrzeugbatterie übermäßig zu entleeren. Es kann ein Speicher vorgesehen sein, um den abgetasteten Wert zu speichern.The Alternate between the on and the off Condition is called "flashing". With off is switching to a state without or with a minimum Power consumption meant, in which the output signal of the sensor not read. By turned on is meant that the Sensor is in a state in which read the output signal becomes. The strategy can therefore periodically turn on the sensors at all times and sampling the output of the sensor device include when it is turned on. The sensors can then between scans are turned off and at this time not be scanned. This minimizes compared to a continuous one Operation of the sensors the average power consumption. It also allows that the counter tracked the steering shaft position, even if the steering system by switching off the vehicle ignition otherwise switched off without excessively draining the vehicle battery. A memory may be provided to increase the sampled value to save.
Der Sensor kann einen Hall-Effekt-Sensor oder eine Mehrzahl von Hall-Effekt-Sensoren aufweisen und mit sich im ausgeschalteten Zustand befindend ist gemeint, dass er/sie nicht ausreichend mit Strom versorgt werden, um zu funktionieren. Höchst bevorzugt werden drei Hall-Effekt-Sensoren vorgesehen, die derart angeordnet sind, dass ein Ausgangssignal mit 3 Bit bereitgestellt wird.Of the Sensor may include a Hall effect sensor or a plurality of Hall effect sensors and with it in the off state is meant that he / she is not getting enough power to work. Highly preferred Three Hall effect sensors are provided, which are arranged such are that a 3-bit output signal is provided.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, in dem gelehrt wird, dass das Abtasten mit dem zweifachen der maximalen Änderung des Ausgangssignals der Sensoren durchgeführt werden muss, um sicherzustellen, dass kein Übergang übersehen wird, tastet die vorliegende Erfindung die Sensoren bewusst mit einer niedrigeren Rate als der Maximalrate ab. Dies kann in einigen Fällen eine beträchtliche Einsparung des von den Sensoren aufgenommenen Stroms bereitstellen.in the Contrary to the prior art which teaches that scanning with twice the maximum change of the output signal of the Sensors performed to ensure that no transition is overlooked, the present scans Invention the sensors deliberately at a lower rate than that Maximum rate off. This can be a considerable amount in some cases To save on the power consumed by the sensors.
Die Strategie kann das Abtasten der Sensoren mit einer Rate, die niedriger ist als die maximale Änderungsrate des Sensorausgangssignals, wenn sich das Fahrzeug, in das das Lenkungssystem eingebaut ist, in einem ersten Zustand befindet, und das Abtasten der Sensoren mit einer höheren Rate umfassen, wenn es sich in einem zweiten Zustand befindet. Mit bestimmen, ob sich das Fahrzeug im ersten Zustand oder im zweiten Zustand befindet, ist in diesem Zusammenhang das Bestimmen gemeint, ob der Antriebsmotor des Fahrzeuges läuft oder nicht, ob sich das Fahrzeug bewegt, ob sich die Lenkung bewegt, ob der Elektromotor arbeitet oder ob sich jemand im Fahrzeug befindet oder nicht. Durch Abtasten mit einer zweiten höheren Rate, wenn der Zustand des Fahrzeuges anzeigt, dass sich die Lenkung bewegen kann, oder wenn bekannt ist, dass sich die Lenkung bewegt, ist es möglich, sicherzustellen, dass keine Übergänge im Ausgangssignal übersehen werden. Das Abtasten kann mit der ersten niedrigeren Rate durchgeführt werden, falls sich das Fahrzeug, der Elektromotor, die Lenkung oder der Antriebsmotor nicht bewegen, was eine Einsparung des aufgenommenen Stroms bewirkt.The Strategy may be scanning the sensors at a rate that is lower is considered the maximum rate of change the sensor output signal when the vehicle into which the steering system is installed, in a first state, and the scanning the sensors with a higher Rate when it is in a second state. With determine whether the vehicle is in the first state or in the second state State is meant in this context, the determining, whether the drive motor of the vehicle is running or not, whether the Vehicle moves, whether the steering moves, whether the electric motor working or if someone is in the vehicle or not. By Sampling with a second higher Rate when the condition of the vehicle indicates that the steering or if it is known that the steering is moving, Is it possible, ensure that no transitions are overlooked in the output signal become. The scanning can be done at the first lower rate, if the vehicle, the electric motor, the steering or the drive motor do not move, which causes a saving of the absorbed current.
Die erste niedrigere Rate kann als eine Funktion der maximal erwarteten oder zugelassenen Beschleunigungsrate der Sensoren ausgewählt werden, wenn die Lenksäule gedreht wird. Wird angenommen, dass das Lenken vor einem Beschleunigen aus einem Ruhezustand heraus beginnt, kann die Abtastfrequenz gleich oder größer dem Zeitraum gewählt werden, den das Ausgangssignal der Sensoren braucht, um sich unter maximaler Beschleunigung aus dem Ruhezustand von einem Zustand zu einem anderen zu bewegen. Dies ist auch eine Funktion der Anzahl von Änderungen des Ausgangssignals des Sensors pro Umdrehung der Lenksäule sowie eine Funktion jeglicher Übersetzung zwischen dem Lenkungsmechanismus oder dem Elektromotor und den Sensoren.The first lower rate can be considered a function of the maximum expected or approved acceleration rate of the sensors are selected, when the steering column is turned. It is believed that steering is preceded by accelerating begins a hibernation, the sampling frequency can be equal or greater than that Period selected the output signal of the sensors needs to be under maximum acceleration from hibernation from one state to to move another. This is also a function of the number of changes the output signal of the sensor per revolution of the steering column as well a function of any translation between the steering mechanism or the electric motor and the sensors.
Abhängig von der maximalen Winkelbeschleunigung des Lenkungsmechanismus und der körperlichen Ausgestaltung des Lenkungssystems kann die niedrige Rate typischerweise so ausgewählt werden, dass sie sich zwischen 50 und 200 Hz befindet, was wesentlich niedriger ist als die Rate, die zum Nachverfolgen der Bewegung der Lenkung bei ihrer Maximalgeschwindigkeit erforderlich ist.Depending on the maximum angular acceleration of the steering mechanism and the physical The design of the steering system may typically be the low rate to be selected that it is between 50 and 200 Hz, which is much lower is considered the rate needed to track the movement of the steering at their maximum speed is required.
Die zweite, höhere Rate, mit der die Sensoren abgetastet werden, wenn das Fahrzeug fährt, kann zumindest gleich der maximal erwarteten Änderungsrate des Sensorausgangssignals sein. Diese ist typischerweise vorbestimmt und wird von der Lenkungsgeometrie und davon abhängen, ob eine Übersetzung zwischen der Lenkung und den Sensoren vorhanden ist. Es kann tatsächlich ein kontinuierliches Einschalten im hohen Zustand sein, d. h., es wird, wenn der zweite Zustand eintritt, überhaupt nicht "geblitzt".The second, higher Rate at which the sensors are scanned when the vehicle drives, can at least equal to the maximum expected rate of change of the sensor output signal be. This is typically predetermined and governed by the steering geometry and depend on if a translation between the steering and the sensors is present. It can actually be one be continuous high power on, d. h., it will, when the second state occurs, not at all "flashed".
Die höhere Rate kann niedriger als die maximal erwartete Änderungsrate des Sensorausgangssignals sein. Um in diesem Fall sicherzustellen, dass keine Sensorzustandsänderungen übersehen werden, kann in dem Fall, bei dem mehr als ein Sensor vorgesehen ist, was zusammen ein kombiniertes Ausgangssignal oder ein Signal erzeugt, das durch mehr als zwei Zustände verläuft, die Strategie ein Auswählen von Zuständen aufweisen, so dass ein zweifacher Übergang des Zustandes des Ausgangssignals zwischen Abtastungen identifiziert werden kann und die Anzahl demgemäß um zwei geändert werden kann.The higher Rate may be lower than the maximum expected rate of change of the sensor output signal be. To ensure in this case that no sensor state changes are overlooked may be provided in the case where more than one sensor is what together a combined output signal or a signal which passes through more than two states, the strategy selects states have, so that a double transition of the state of the output signal can be identified between samples and the number accordingly by two be changed can.
Indem Vorkehrungen getroffen werden, um zweifache Änderungen des Zustandes zu detektieren, kann die Abtastfrequenz ohne Leistungsverlust halbiert werden.By doing Precautions are taken to make two-fold changes to the state detect, the sampling frequency can be halved without loss of performance become.
Um eine solche zweifache Änderung zu erfassen, kann die Strategie ein Identifizieren des Zustandes des Ausgangssignals der Sensoren während eines Abtastens, ein Vergleichen dieses Zustandes mit dem vorangegangenen Zustand und ein Identifizieren aus diesem Vergleich umfassen, ob die Änderung einer einzigen Zustandsänderung oder einer mehrfachen Zustandsänderung entspricht.Around such a double change To capture, the strategy may be identifying the condition the output of the sensors during a scan, a Compare this state with the previous state and identifying from this comparison include whether the change a single state change or a multiple state change equivalent.
Die Erfindung könnte sich natürlich auf dreifache oder vierfache Zustandsänderungen erstrecken. In diesem Fall könnte die Abtastfrequenz weiter reduziert werden. Dies würde selbstverständlich lediglich dort zweckmäßig sein, wo das Sensorausgangssig nal zumindest durch dementsprechend viele Zustände verlaufen kann und wo jede einzelne, zweifache oder dreifache, etc. Änderung in jede Richtung ein eindeutiges Paar von gegenwärtigen und vorangegangenen Zuständen ergibt.The Invention could of course extend to three or four times state changes. In this Case could the sampling frequency can be further reduced. This would of course only be useful there, where the Sensorausgangssig signal at least by accordingly many conditions can run and where each single, double or triple, etc. change in each direction a distinct pair of present and past ones states results.
Mit Zählen von Übergängen ist beispielsweise das Inkrementieren des Zählsignals gemeint, wenn das Ausgangssignal der Sensoreinrichtung den Zustand ändert, was einer Drehung in eine Richtung entspricht, und das Dekrementieren des Zählsignals, wenn eine Zustandsänderung auftritt, die einer Drehung in die entgegengesetzte Richtung entspricht.By counting transitions is meant, for example, the incrementing of the count signal when the output signal of the sensor device changes the state, which corresponds to a one-way rotation, and decrementing the count signal when a state change occurs that entails a rotation in the opposite direction speaks.
Der Sensor kann die Winkelstellung des Rotors des Elektromotors oder die Winkelstellung des Lenkungsmechanismus bestimmen.Of the Sensor can be the angular position of the rotor of the electric motor or determine the angular position of the steering mechanism.
Gemäß einem
zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein elektrisches Servolenkungssystem
bereit, mit einer Lenkwelle und einem Elektromotor, der mit dem
Lenkungsmechanismus zum Anlegen eines Hilfsdrehmoments an den Lenkungsmechanismus verbunden
ist, wobei der Rotor des Elektromotors und die Lenkwelle eine maximal
erwartete Drehrate aufweisen,
einem Winkelstellungssensor,
der entweder an der Lenkwelle oder dem Rotor des Elektromotors angebracht
ist, um die Winkelstellung der Lenkwelle oder des Elektromotors
zu messen, wobei der Winkelstellungssensor dazu ausgebildet ist,
ein Ausgangssignal mit einer Mehrzahl diskreter Ausgangszustände zu erzeugen,
und wobei sich das Ausgangssignal zwischen den Zuständen als
eine Funktion der Winkelstellung des Rotors des Elektromotors ändert,
einer
Sensortreiberschaltung, die dazu ausgebildet ist, den zumindest
einen Sensor mit einer Frequenz einzuschalten und auszuschalten,
die niedriger ist als die Frequenz der Übergänge zwischen den Zuständen des
Sensorausgangssignals bei der maximal erwarteten Drehzahl,
einer
Verarbeitungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Zustand
des Ausgangssignals des Sensors zu bestimmen, wenn er eingeschaltet
ist, und diesen Zustand mit dem zuvor detektierten Zustand zu vergleichen,
um zu bestimmen, ob sich der Zustand geändert hat, und
einem Zähler, der
einen Zählerwert
festhält,
der ein Maß der
Rotorposition angibt, wobei der Zähler den Zählwert modifiziert, falls eine Änderung
des Zustandes des Sensors detektiert wurde.According to a second aspect, the invention provides an electric power steering system having a steering shaft and an electric motor connected to the steering mechanism for applying an auxiliary torque to the steering mechanism, wherein the rotor of the electric motor and the steering shaft have a maximum expected turning rate,
an angular position sensor mounted on either the steering shaft or the rotor of the electric motor for measuring the angular position of the steering shaft or the electric motor, the angular position sensor configured to generate an output signal having a plurality of discrete output states, and wherein the output signal is between changes the states as a function of the angular position of the rotor of the electric motor,
a sensor drive circuit configured to turn on and turn off the at least one sensor at a frequency lower than the frequency of the transitions between the states of the sensor output signal at the maximum expected speed,
a processor adapted to determine the state of the output signal of the sensor when it is turned on, and to compare that state with the previously detected state to determine whether the state has changed, and
a counter which stores a counter value indicative of a measure of rotor position, the counter modifying the count if a change in the state of the sensor has been detected.
Vorzugsweise umfasst der Winkelstellungssensor einen Motorpositionssensor. Er kann ein oder mehrere einen elektromagnetischen Effekt erfassende Element(e) aufweisen, die dazu ausgebildet sind, die Position eines oder mehrerer Rotormagneten oder bezüglich des Rotors des Elektromotors feststehender Magneten zu detektieren. Sie können Hall-Effekt-Sensoren aufweisen.Preferably The angular position sensor includes a motor position sensor. He can one or more detecting an electromagnetic effect Have element (s), which are adapted to the position of a or more rotor magnets or with respect to the rotor of the electric motor to detect fixed magnets. They may have Hall effect sensors.
Die Sensortreiberschaltung kann den Sensor mit einer ersten Frequenz einschalten und ausschalten, wenn sie sich in einem ersten Betriebszustand befindet, und mit einer zweiten Frequenz, wenn sie sich in einem zweiten Betriebszustand befindet.The Sensor driver circuit may supply the sensor at a first frequency switch on and off when in a first operating state, and at a second frequency when in a second mode of operation located.
Die Sensortreiberschaltung kann im ersten Zustand arbeiten, wenn sich die Lenkwelle nicht dreht. Die Verarbeitungseinrichtung kann ein Flag aktivieren, falls der gegenwärtige Zustand des Sensorausgangssignals der gleiche wie der vorangegangene Zustand ist, was keine Bewegung anzeigt. Das Flag kann deaktiviert werden, falls sich die Zustände unterscheiden. Natürlich könnte das Gegenteil angewendet werden und das Flag könnte deaktiviert werden, um keine Bewegung anzuzeigen. Der Zustand der Sensortreiberschaltung kann durch dieses Flag bestimmt werden.The Sensor driver circuit can operate in the first state when the steering shaft does not turn. The processing device can be Activate flag if the current state of the sensor output signal the same as the previous state, which is no movement displays. The flag can be disabled if the states are different. Naturally could the opposite can be applied and the flag could be disabled to to show no movement. The state of the sensor driver circuit can be determined by this flag.
Bei einer besonders vorteilhaften Anordnung umfasst der Motor einen bürstenlosen Permanentmagnetmotor und die Magneteffektsensoren detektierten die Position der Rotormagnete. Natürlich können alternativ andere Sensortypen verwendet werden.at In a particularly advantageous arrangement, the engine comprises a brushless Permanent magnet motor and the magnetic effect sensors detected the Position of the rotor magnets. Naturally can Alternatively, other sensor types can be used.
Das Ausgangssignal vom Motorpositionssensor kann zusätzlich zum Erzeugen des Zählsignals vorteilhaft dazu verwendet werden, die Zeitsteuerung oder die Kommutation der Wicklungen des Rotors des Elektromotors zu steuern. Die Sensoreinrichtung kann einen oder mehrere Hall-Effekt-Sensor(en) umfassen. Vorzugsweise umfasst sie drei Hall-Effekt-Sensoren, die dazu ausgebildet sind, ein Ausgangssignal mit 3 Bit zu erzeugen.The Output from the engine position sensor may be in addition to generating the count signal be used to advantage, the timing or the commutation to control the windings of the rotor of the electric motor. The sensor device may include one or more Hall effect sensor (s). Preferably includes three Hall effect sensors designed to to generate an output signal with 3 bits.
Der Zähler kann einen Zähler mit 16 Bit umfassen, obwohl kleinere oder größere Zähler verwendet werden können. Sie können binäre Zähler sein.Of the counter can be a counter with 16 bits, although smaller or larger counters can be used. she can binary counter be.
Der Elektromotor kann einen 3-Phasen-Elektromotor aufweisen, der durch drei elektrische Zyklen pro mechanischer Umdrehung läuft. Es können drei Hall-Effekt-Sensoren vorgesehen sein, was ein Ausgangssignal ergibt, das durch sechs unterschiedliche Zustände verläuft. Der Elektromotor kann über ein Getriebe, das ein Übersetzungsverhältnis von 21:1 haben kann, von der Lenkwelle übersetzt sein. Die maximale Drehzahl der Lenkung kann mit etwa drei Umdrehungen pro Sekunde angenommen werden (was ein Maß des Schnellstmöglichen ist, mit dem ein Fahrer das Lenkrad drehen könnte). Dies würde eine maximale Änderungsrate des Aus gangszustandes der Sensoren von etwa 3 × 6 × 21 × 3 Umdrehungen/Sekunde ergeben, was 1134 Zählereignissen pro Sekunde gleichkommt. Alternativ könnte die Maximaldrehzahl der Lenkwelle mit 8 sec.–1 angenommen werden. Dies würde eine maximale Änderungsrate des Ausgangssignals der Sensorzustände von etwa 8 × 6 × 21 × 3 sec.–1 ergeben, was 3204 Zählereignissen pro Sekunde gleichkommt. Das Maximum kann auch zwischen diesen Werten liegen.The electric motor may comprise a 3-phase electric motor running through three electrical cycles per mechanical revolution. Three Hall effect sensors can be provided, giving an output that passes through six different states. The electric motor may be translated from the steering shaft via a gear that may have a gear ratio of 21: 1. The maximum speed of the steering can be assumed to be about three revolutions per second (which is a measure of the fastest possible with which a driver could turn the steering wheel). This would give a maximum rate of change of the initial state of the sensors of about 3 × 6 × 21 × 3 revolutions / second, which equates to 1134 counts per second. Alternatively, the maximum speed of the steering shaft could be assumed to be 8 sec. -1 . This would give a maximum rate of change of the output of the sensor states of about 8x6x21x3 sec -1 , which equals 3204 counts per second. The maximum can also be between these values.
In der Anordnung der vorliegenden Erfindung kann eine Abtast- oder Blitzfrequenz für den niedrigen Zustand von 50 Hz bis 200 Hz (in Abhängigkeit von der Lenkungsmechanismusgeometrie und der maximalen Beschleunigungsrate) verwendet werden, während zugleich sichergestellt ist, dass die Abtastrate die Änderungsrate des Ausgangssignals überschreitet, wenn die Säule sich aus einem Ruhezustand zu drehen beginnt.In the arrangement of the present invention, a sampling frequency or flash frequency for the low state of 50 Hz to 200 Hz (depending on the steering mechanism geometry and the maximum acceleration rate) may be used while ensuring that the sampling rate exceeds the rate of change of the output signal. when the pillar is out of a rest state begins to turn.
Wo ein zweifacher Übergang detektiert werden kann, kann diese niedrige Rate auf 25 Hz bis 100 Hz halbiert werden.Where a double transition can be detected, this low rate can be 25 Hz to 100 Hz be halved.
Es wird jetzt lediglich beispielhaft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:It Now, by way of example only, becomes an embodiment of the present invention Invention described with reference to the accompanying drawings, in which:
Das
in
Um
dem Fahrer ein Hilfsdrehmoment bereitzustellen, umfasst das System
ferner einen Elektromotor
Der Elektromotor hat drei elektrische Zyklen pro mechanischer Umdrehung und ist über ein Getriebe mit einer Übersetzung von 21:1 mit der Lenksäule verbunden. Natürlich können Motoren mit vier oder fünf oder mehr elektrischen Zyklen pro mechanischer Umdrehung verwendet werden, so wie unterschiedliche Getriebeübersetzungen verwendet werden können.Of the Electric motor has three electrical cycles per mechanical revolution and is over a gearbox with a translation from 21: 1 with the steering column connected. Naturally can Engines with four or five or more electrical cycles per mechanical revolution used be used as well as different transmission ratios can.
Wie
in
Das Ausgangssignal von allen drei Hall-Effekt-Sensoren wird einer ersten Verarbeitungsstufe zugeführt. Wann immer ein Hall-Effekt-Sensor den Zustand ändert, er zeugt die erste Verarbeitungsstufe entweder ein Aufwärtszählsignal oder ein Abwärtszählsignal.The Output signal from all three Hall effect sensors becomes a first Fed processing stage. Whenever a Hall effect sensor changes state, it either represents the first processing stage an up-count signal or a count-down signal.
Ein
Aufwärtszählsignal
wird immer dann erzeugt, wenn der Übergang des Hall-Effekt-Zustandes eine Bewegung
des Motorrotors in einer ersten Richtung anzeigt. Das Abwärtszählsignal
wird immer dann erzeugt, wenn der Übergang eine Bewegung des Motorrotors
in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung anzeigt. Beispielsweise
kann die erste Richtung Übergängen des
Hall-Sensor-Ausgangssignals von S1-S2, S2-S3, S3-S4, S4-S5, S5-S6, S6-S1 entsprechen.
Die zweite Richtung kann den Übergängen S1-S6,
S6-S5, S5-S4, ... S2-S1 etc. entsprechen. Dies ist in dem Zustandsdiagramm
der
Das Ausgangssignal der ersten Verarbeitungsstufe wird an einen 16-Bit-Zähler weitergeleitet. Falls ein Aufwärtszählsignal empfangen wird, wird der im Zähler gehaltene Zählwert um 1 inkrementiert. Falls ein Abwärtszählsignal erhalten wird, wird der im Zähler gespeicherte Wert um 1 dekrementiert.The Output of the first processing stage is forwarded to a 16-bit counter. If an up-count signal is received, which is in the counter held count incremented by 1. If a count-down signal is received, the one in the counter stored value is decremented by 1.
Bei diesem Beispiel beträgt die maximale Änderungsrate des Ausgangssignals der Sensoren und folglich die maximale Zählrate bei einer Geschwindigkeit des Lenkrades von 3 Umdrehungen/Sekunde 3 × 21 × 3 = 189e sec.–1, was 1134 Zähleignissen pro Sekunde entspricht.In this example, the maximum rate of change of the output of the sensors, and hence the maximum count rate for a steering wheel speed of 3 revolutions / second, is 3x21x3 = 189e sec -1 , which corresponds to 1134 counts per second.
Der Wert im Zähler wird kalibriert oder anderweitig auf 0 gesetzt, wenn die Lenkwelle sich in der Position für eine Geradeausfahrt befindet. Bei einem kontinuierlichen Drehen des Rades in eine Richtung wird der im Zähler gehaltene Wert in Schritten bis zu dem Zeitpunkt erhöht, zu dem die Lenkwelle in der entgegengesetzten Richtung zur Position für eine Geradeausfahrt zurückkehrt. Der Zähler zählt in einer Lenkrichtung aufwärts und in der anderen abwärts. Am Punkt für eine Geradeausfahrt wird der Zähler zurückgesetzt. Folglich werden jegliche Zählfehler kontinuierlich zurückgesetzt, während das Lenkrad über die Position für eine Geradeausfahrt bewegt wird.The value in the counter is calibrated or other set to 0 when the steering shaft is in the straight ahead position. With the wheel continuously rotating in one direction, the value held in the counter is incremented in increments up to the time when the steering shaft returns in the opposite direction to the straight ahead position. The counter counts up in one direction and down in one direction. At the point for a straight ahead, the counter is reset. As a result, any count errors are continuously reset while the steering wheel is moved beyond the straight ahead position.
Ein Problem kann auftreten, falls der Zähler nicht aktualisiert wird, wenn das Lenkungssystem ausgeschaltet wird. Beispielsweise kann das elektrische Servolenkungssystem in einen nicht betriebsfähigen Zustand gebracht werden, wenn die Fahrzeugzündung ausgeschaltet wird. Dies kann absichtlich gemacht werden, um ein Entleeren der Batterie aufgrund eines Betriebs des Elektromotors zu vermeiden, wenn der Antriebsmotor nicht läuft. In einem solchen Fall kann es jedoch immer noch möglich sein, das Lenkrad zu drehen. Der im Zähler gehaltene Wert würde nicht aktualisiert werden (weil die Stromversorgung abgeschaltet ist) und würde beim erneuten Starten ein fehlerhaftes Positionssignal bereitstellen.One Problem can occur if the counter is not updated, when the steering system is switched off. For example, can the electric power steering system in a non-operational state be brought when the vehicle ignition is turned off. This may be intentionally made to drain the battery due to to avoid operation of the electric motor when the drive motor not running. In such a case, however, it may still be possible to do that Turn steering wheel. The one in the counter held value would not be updated (because the power is turned off is) and would provide a faulty position signal when restarting.
Um dieses Problem zu überwinden, müssen die Hall-Effekt-Sensoren immer noch abgefragt werden, wenn das System ansonsten ausgeschaltet ist, beispielsweise wenn der Antriebsmotor nicht läuft.Around overcome this problem must they Hall effect sensors still be queried when the system otherwise switched off, for example when the drive motor not running.
Eine
von der Sensortreiberschaltung verwendete Strategie zum Versorgen
der Sensoren, wenn der Antriebsmotor nicht läuft, ist im Flussdiagramm von
Es verstand sich bisher, dass es essenziell ist, dass die Abtastfrequenz des Sensorausgangssignals zumindest die maximale Änderungsrate des Sensorausgangssignals überschreiten sollte. Durch die physikalische Beschränkung der maximalen Drehzahl des Motors wird eine Grenze gebildet. Dies würde sicherstellen, dass keine Abtastwerte übersehen werden.It understood until now that it is essential that the sampling frequency the sensor output signal at least the maximum rate of change exceed the sensor output signal should. By the physical limitation of the maximum speed the engine is forming a boundary. This would ensure that no Missed samples become.
Bei
der Strategie der vorliegenden Ausführungsform wird die Bewegung
des Rotors des Elektromotors detektiert und falls sie anzeigt, dass
sich der Elektromotor nicht dreht, wird der Abtastzustand in einen
ersten Zustand gesetzt, der als Niedrigdrehzahlmodus
Dieser Wert von 100 Hz wird hergeleitet, indem angenommen wird, dass sich die Lenkung anfänglich nicht bewegt. Anschließend wird angenommen, dass eine konstante Winkelbeschleunigung des Rotors des Elektromotors eine Änderung des Winkels als d = ½ a t2 ergibt, wobei a die Beschleunigung und t der Zeitraum ist, seit dem die Beschleunigung angelegt wurde. Anschließend muss die Periode des Abtastmodus so ausgewählt werden, dass sichergestellt ist, dass eine Änderung des Hall-Sensor-Zustandes bei der maximalen Winkelbeschleunigung immer detektiert wird. Indem beispielsweise d auf die Winkeldistanz zwischen benachbarten Hall-Zuständen gesetzt wird, kann die Gleichung umgeformt werden, um das maximale Zeitintervall zwischen Abtastimpulsen für ein adäquates Maß an Motorbeschleunigung zu berechnen. Folglich wird die Abtastrate für die niedrige Drehzahl vom Übersetzungsverhältnis des Lenkungsmechanismus, der maximalen Winkelbeschleunigung des Motorrotors, der Anzahl von Hall-Zuständen pro Motorumdrehung und dem anfänglichen Offset des Motorrotors von einer den Hall-Sensorzustand ändernden Winkelstellung abhängen.This value of 100 Hz is derived by assuming that the steering initially does not move. It is then assumed that a constant angular acceleration of the rotor of the electric motor results in a change of the angle as d = ½ a t 2 , where a is the acceleration and t is the period since the acceleration was applied. Subsequently, the period of the scanning mode must be selected so as to ensure that a change of the Hall sensor state at the maximum angular acceleration is always detected. For example, by setting d to the angular distance between adjacent Hall states, the equation can be reshaped to calculate the maximum time interval between sampling pulses for an adequate amount of motor acceleration. Thus, the low speed sampling rate will depend on the gear ratio of the steering mechanism, the maximum angular acceleration of the motor rotor, the number of Hall conditions per motor revolution, and the initial offset of the motor rotor from an angular position changing Hall sensor state.
Während dieser
Niedrigdrehzahlmodus
Falls
das Abtasten im Hochgeschwindigkeitsmodus
Das
Abtasten der Sensoren wird, wie in
Als
ein zusätzliches
Sicherheitsmerkmal ist ein Batterietrennspeicher
Der Anmelder hat erkannt, dass die verwendete Abtastfrequenz unter der Voraussetzung, dass eine zweifache Änderung des Ausgangssignals der Sensoren zwischen Abtastungen (zwischen Zeiträumen, in denen der Sensor eingeschaltet ist) detektiert werden kann, noch weiter reduziert werden kann. Falls dies möglich ist, kann die Rate halbiert werden.Of the Applicant has recognized that the sampling frequency used is below the Prerequisite that a twofold change of the output signal of the sensors between samples (between periods, in where the sensor is turned on) can still be detected can be further reduced. If this is possible, the rate can be halved become.
Die
zum Detektieren von Sensorzustandsänderungen verwendete Dekodierlogik
muss dafür
modifiziert werden, um zu ermöglichen,
dass eine zweifache Änderung
des Zustandes zwischen Abtastungen detektiert wird. Wenn diese detektiert
wird, wird der Zählerwert
um 2 erhöht
oder verringert. Dies ermöglicht,
dass die hohe Abtastrate (oder die normale Abtastrate, falls lediglich
eine einzige Rate verwendet wird) um die Hälfte reduziert wird, während die gleiche
Leistungsfähigkeit
wie bei einer Strategie erhalten bleibt, bei der jeder einzelne Übergang
gezählt werden
muss. Dies ist im Zustandsdiagramm von
Wo die zweifache Zählung verwendet wird, kann eine niedrige Abtastrate, beispielsweise 40 Hz, verwendet werden.Where the double count can use a low sample rate, for example 40 Hz, to be used.
Bei
einer weiteren Verfeinerung, die auch in
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