DE102010001166A1

DE102010001166A1 - Drehzahlsensor für einen Elektromotor und Verfahren zur Drehzahlmessung

Info

Publication number: DE102010001166A1
Application number: DE201010001166
Authority: DE
Inventors: Frank 71101 Baehrle-Miller; Dieter 74366 Blattert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-07-28
Also published as: FR2955669A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Messung der Drehzahl eines Elektromotors (1) einer automatischen Parkbremse. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Drehzahlmessung wird vorgeschlagen, ein Polrad (11) mit mehreren magnetischen Polen (12, 13) und mehrere Hallelemente (2, 3) vorzusehen, die entlang des Umfangs des Polrades (11) angeordnet sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Messung der Drehzahl eines Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Drehzahlmessung eines Elektromotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Bekannte automatische Parkbremsen umfassen üblicherweise mehrere Elektromotoren, die von einem zugehörigen APB-Steuergerät angesteuert werden, um die Parkbremse zu spannen bzw. zu lösen. Die Elektromotoren sind häufig direkt auf dem Bremssattel der Radbremsen angeordnet. Die Klemmkraft der Parkbremse wird üblicherweise mittels einer Sensoranordnung mit einem Polrad und einem Hallelement ermittelt, das am Umfang des Polrades angeordnet ist und die magnetischen Flankenübergänge zwischen den positiven und negativen Polen des Polrades misst. Das Sensorsignal des Hallelementes wird von einem Steuergerät ausgewertet.
Da herkömmliche Steuergeräte getaktet arbeiten, erfolgt die Auswertung der Sensorsignale und Berechnung der Drehzahl nur in bestimmten, regelmäßigen Abständen, beispielsweise alle 5 ms oder 10 ms. In Betriebsphasen, in denen sich der Elektromotor nur sehr langsam dreht – beispielsweise wenn die Parkbremse nahezu vollständig gespannt ist – kann es vorkommen, dass innerhalb eines Taktintervalls kein Flankenübergang festgestellt wird, obwohl sich der Motor noch dreht. Die Klemmkraft der Parkbremse kann somit nur sehr ungenau berechnet werden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Empfindlichkeit der Drehzahlmessung weiter zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Sensoranordnung zu schaffen, die ein Polrad mit mehreren magnetischen Polen und mehrere Hallelemente umfasst, die entlang des Umfangs des Polrades angeordnet sind.
Wenn die Hallelemente phasenversetzt zueinander angeordnet sind, erhält man während eines definierten Zeitraums mehr Signalimpulse als bei nur einem einzigen Hallelement, wodurch sich die Auflösung des Drehzahlsensors erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Hallelemente bei einer Ausführung mit insgesamt zwei Hallelementen um einen elektrischen Winkel von +/–90° phasenversetzt angeordnet. Bei mehr als zwei Hallelementen können diese auch um kleinere Winkel, wie z. B. 60°, 30° oder 15° elektrisch phasenversetzt angeordnet sein.
Alternativ können die Hallelemente auch um n × 180° oder n × 360° angeordnet sein, wobei n eine ganze Zahl ist. In diesem Fall liefern die Hallelemente jeweils zum gleichen Zeitpunkt einen Signalimpuls. Durch eine Plausibilisierung der Signale kann in diesem Fall erkannt werden, ob die Hallelemente ordnungsgemäß funktionieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Hallelemente an der elektrischen Versorgungsleitung des Elektromotors angeschlossen. Sofern die Sensoranordnung über einen Stecker mit mehreren Pins verfügt, sind die Versorgungsleitungen der Hallelemente und des Elektromotors vorzugsweise auf einen gemeinsamen Steckerpin geführt. Die Anzahl der Steckerpins bleibt somit minimal.
Das Polrad hat vorzugsweise weniger als sechs und gemäß einer speziellen Ausführungsform genau drei Polpaare. Mit einer geringeren Anzahl von Polpaaren kann die magnetische Feldstärke der Pole erhöht und dadurch ein Flankenwechsel zuverlässiger detektiert werden. Darüber hinaus reagiert der Drehzahlsensor bei höheren magnetischen Feldstärken weniger empfindlich auf Abstandstoleranzen zwischen dem Polrad und den Hallelementen.
Der erfindungsgemäße Drehzahlsensor umfasst vorzugsweise zwei Hallelemente. Es können aber auch mehr als zwei Hallelemente vorgesehen sein.
Die Sensoranordnung dient insbesondere zur Verwendung für eine automatische Parkbremse eines Kfzs.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die Sensorsignale in unterschiedlichen Betriebsphasen des Elektromotors unterschiedlich auszuwerten. In einer ersten Betriebsphase des Elektromotors, in der die Drehzahl kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, z. B. wenn der Elektromotor anläuft, werden vorzugsweise die Sensorsignale aller Hallelemente ausgewertet. In einer zweiten Betriebsphase, in der die Drehzahl des Elektromotors größer ist als der Schwellenwert, wird vorzugsweise nur ein Teil der Sensorsignale ausgewertet, da bereits ein einziges Sensorsignal eine genügend hohe Impulsrate für eine genaue Drehzahlmessung aufweist. Außerdem würden die Sensorsignale aller Hallelemente möglicherweise zu viele Impulse liefern, so dass die Frequenz der Impulse eine maximal zulässige obere Auswertefrequenz überschreiten könnte.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Sensoranordnung mit zwei Hallelementen gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Sensoranordnung mit zwei Hallelementen gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine Sensoranordnung mit zwei Hallelementen gemäß einer dritten Ausführungsform; und
4. ein schematisches Schaltbild der elektrischen Verdrahtung des Elektromotors und der Hallelemente.
1 zeigt eine Sensoranordnung zur Messung der Drehzahl eines Elektromotors, mit einem Polrad 11 und zwei Hallelementen 2, 3, die entlang des Umfangs des Polrades 11 angeordnet sind. Das Polrad 11 kann beispielsweise direkt auf der Welle eines Elektromotors (nicht gezeigt) einer automatischen Parkbremse angeordnet sein.
Die Hallelemente 2, 3 erzeugen bei jedem magnetischen Wechsel zwischen zwei Polen 12, 13 eine entsprechende Signalflanke. Die zugehörigen Sensorsignale S1 und S2 sind im unteren Teil von 1 dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind die beiden Signale S1, S2 um 180° zueinander phasenversetzt. Bei einer positiven Flanke im Signal S1 zeigt das andere Signal S2 zum gleichen Zeitpunkt eine negative Flanke und umgekehrt. Durch Plausibilisierung der beiden Signale kann in diesem Fall erkannt werden, ob beide Hallelemente 2, 3 ordnungsgemäß funktionieren, oder ob möglicherweise an einem der Hallelemente 2, 3 ein Fehler vorliegt.
2 zeigt eine Sensoranordnung zur Drehzahlmessung wie 1, mit dem Unterschied, dass die beiden Hallelemente 2, 3 um 270° bzw. 90° elektrisch phasenversetzt angeordnet sind. Die Hallelemente 2, 3 erzeugen somit innerhalb eines definierten Zeitraumes mehr Schaltflanken als im Falle von 1. Dadurch wird die Auflösung der Drehzahlinformation erhöht, so dass auch bei einem sehr langsam drehenden Elektromotor die Drehzahl erfasst werden kann.
3 zeigt eine ähnliche Sensoranordnung zur Drehzahlmessung wie 1, mit dem Unterschied, dass die beiden Hallelemente 2, 3 hier um 360° phasenversetzt angeordnet sind. Die beiden Sensorsignale S1 und S2 verlaufen daher synchron. In diesem Fall ist die Auflösung des Sensors zwar nicht besser als bei einem einzigen Hallelement, allerdings können wiederum durch eine Plausibilisierung der Signale S1, S2 mögliche Sensorfehler erkannt werden.
4 zeigt ein schematisches Schaltbild der Sensoranordnung mit den elektrischen Anschlüssen. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Elektromotor, 2 und 3 jeweils ein Hallelement und 4 ein Steuergerät, das mit den beiden Hallelementen 2, 3 verbunden ist und deren Signale auswertet.
Der Elektromotor 1 und die beiden Hallelemente 2, 3 sind über einen Stecker mit insgesamt vier Pins 5, 6, 7 und 8 anschließbar. Die Versorgungsleitung 10 der beiden Hallelemente 2, 3 ist mit der Versorgungsleitung 9 des Elektromotor 1 verbunden. Alle genannten Elemente 1, 2 und 3 werden über ein erstes Steckerpin 5 mit Spannung versorgt. Der Elektromotor 1 ist masseseitig auf ein zweites Steckerpin geführt, das mit Masse verbunden werden kann. Die Signalleitungen 14, 15 der Hallelemente 2, 3 sind ebenfalls auf jeweils ein Steckerpin 7, 8 geführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel mit zwei Hallelementen 2, 3 wird daher ein Stecker mit insgesamt nur vier Pins benötigt.

Claims

Sensoranordnung zur Drehzahlmessung eines Elektromotors (1), gekennzeichnet durch ein Polrad (11) mit mehreren magnetischen Polen (12, 13) und mehreren Hallelementen (2, 3), die entlang des Umfangs des Polrads (11) angeordnet sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallelemente (2, 3) phasenversetzt angeordnet sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallelemente (2, 3) um einen elektrischen Winkel von +/–90° phasenversetzt angeordnet sind.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallelemente (2, 3) an der elektrischen Versorgungsleitung (9) des Elektromotors (1) angeschlossen sind.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (10) der Hallelemente (2, 3) und des Elektromotors (1) auf einen gemeinsamen Steckerpin (5) geführt sind.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrad (11) weniger als sechs Polpaare hat.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Hallelemente (2, 3) vorgesehen sind.
Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl eines Elektromotors (1) mittels einer Sensoranordnung mit einem Polrad (11) und mehreren Hallelementen (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Betriebsphase des Elektromotors (1), in der die Drehzahl des Elektromotors kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, die Sensorsignale (S1, S2) aller Hallelemente (2, 3) ausgewertet werden, und in einer zweiten Betriebsphase, in der die Drehzahl des Elektromotors (1) größer ist als der Schwellenwert, nur ein Teil der Sensorsignale (S1, S2) ausgewertet wird.