DE102010006581A1

DE102010006581A1 - Circuit arrangement for determination of rotational angle position of rotor in electromotor for operating e.g. seat in motor car, has device part for adjusting signal offset depending on amplified signal and comprising voltage source

Info

Publication number: DE102010006581A1
Application number: DE102010006581A
Authority: DE
Inventors: Klaus Spreng; Wunibald Hollinger
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: DE102010006581B4

Abstract

The arrangement (10) has a measurement circuit (12) for providing a signal (Uim) based on measurement of motor current (Im) and/or a motor voltage (Um) of an electromotor (M). An amplifier (14) i.e. operational amplifier, amplifies the signal with an adjustable signal offset to produce an amplified signal (Us). An evaluating device (16) evaluates ripple of the amplified signal to determine current position of the rotor of the electromotor. A device part (16-3) adjusts the offset depending on the amplified signal and comprises a voltage source that is coupled with circuit nodes and resistors. An independent claim is also included for a method for determining current position i.e. rotational angle position, of a rotor in an electromotor.

Description

Die Erfindung betrifft ganz allgemein den Betrieb von Elektromotoren, insbesondere in automobilen Anwendungen zur elektromotorischen Verstellung von Komponenten eines Kraftfahrzeuges, wie z. B. zur Verstellung von Sitzen, Fenstern, Spiegeln oder dergleichen. Die Erfindung betrifft im Besonderen eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zu Ermittlung der aktuellen Position, insbesondere Drehwinkelposition, eines Rotors eines Elektromotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (Schaltungsanordnung) bzw. des Anspruchs 7 (Verfahren).The invention relates generally to the operation of electric motors, especially in automotive applications for electromotive adjustment of components of a motor vehicle, such as. As for the adjustment of seats, windows, mirrors or the like. The invention relates in particular to a circuit arrangement and a method for determining the current position, in particular the rotational angle position, of a rotor of an electric motor according to the preamble of claim 1 (circuit arrangement) or of claim 7 (method).

Eine derartige Ermittlung der Rotorposition eines Elektromotors ist beispielsweise aus den Patentschriften DE 10 2005 018 526 B4 und EP 0 890 841 B1 bekannt. Bei den bekannten Verfahren wird eine Welligkeit (englisch: ”ripple”) eines gemessenen Motorstromes bzw. eines auf Basis einer Messung des Motorstromes und der Motorspannung ermittelten Ankerwider-standes ausgewertet, um die aktuelle Rotorposition des Elektromotors zu bestimmen.Such a determination of the rotor position of an electric motor is for example from the patents DE 10 2005 018 526 B4 and EP 0 890 841 B1 known. In the known methods, a ripple of a measured motor current or an armature resistance determined on the basis of a measurement of the motor current and the motor voltage is evaluated in order to determine the current rotor position of the electric motor.

Problematisch ist hierbei, dass die Amplitude der Welligkeit des auszuwertenden Signals (also z. B. eines für den Motorstrom repräsentativen Signals) im Vergleich zum Gleichanteil bzw. zeitlichen Mittelwert des Signals relativ klein ist. Typischerweise liegt die Amplitude der Welligkeit im Promille- bis Prozentbereich.The problem here is that the amplitude of the ripple of the signal to be evaluated (ie, for example, a representative of the motor current signal) is relatively small compared to the DC component or time average of the signal. Typically, the amplitude of the ripple is in the per mille to percent range.

Durch eine Verstärkung des Signals mit einem entsprechend großen Verstärkungsfaktor (Kleinsignalverstärkung) vor der Auswertung kann zwar die Amplitude der Welligkeit für eine zuverlässigere Auswertung entsprechend erhöht werden. Dies vergrößert jedoch nachteiligerweise ebenso den Gesamtwert bzw. Gleichanteil des Signals.By amplifying the signal with a correspondingly large amplification factor (small signal amplification) before the evaluation, the amplitude of the ripple can be correspondingly increased for a more reliable evaluation. However, this disadvantageously also increases the overall value or DC component of the signal.

In der Praxis kommt oftmals erschwerend hinzu, dass der Mittelwert des Motorstromes und/oder der Motorspannung über einen größeren Bereich variieren kann (abhängig von der konkreten Betriebssituation). Falls sich beispielsweise bei einem mit einer konstanten Spannung betriebenen Gleichstrommotor plötzlich die Motorlast erhöht, so führt dies je nach Konstruktion des Motors zu einem mehr oder weniger beträchtlichen Anstieg des Motorstromes. Wenn hierbei ein für den Motorstrom repräsentatives Signal z. B. mit einem Analog/Digital-Wandler erfasst wird, um nachfolgend (auf digitaler Ebene) eine Auswertung der Signalwelligkeit vorzunehmen, so besteht die Gefahr einer eingangsseitigen Übersteuerung des Analog/Digital-Wandlers. Zur Vermeidung einer solchen Übersteuerung (in Phasen eines großen Signalmittelwertes) darf der Signalverstärkungsfaktor also nicht zu groß bemessen sein. Dies wiederum besitzt den Nachteil, dass in Phasen eines kleineren Signalmittelwertes der zulässige Eingangssignalbereich bzw. die Auflösung (Genauigkeit) des Analog/Digital-Wandlers nicht optimal genutzt wird.In practice, it is often aggravating that the mean value of the motor current and / or the motor voltage can vary over a larger range (depending on the actual operating situation). For example, if the motor load suddenly increases in a constant-current DC motor, depending on the design of the motor, the motor current may increase more or less significantly. If in this case a signal representative of the motor current z. B. is detected with an analog / digital converter to subsequently (on a digital level) make an evaluation of the signal ripple, so there is a danger of an input-side overload of the analog / digital converter. To avoid such overdriving (in phases of a large signal average), the signal amplification factor must therefore not be too large. This in turn has the disadvantage that in phases of a smaller average signal value of the permissible input signal range or the resolution (accuracy) of the analog / digital converter is not optimally utilized.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Probleme zu beseitigen und eine zuverlässige Ermittlung der aktuellen Rotorposition eines Elektromotors insbesondere auch in Anwendungen zu ermöglichen, bei denen die Welligkeit des auszuwertenden Signals eine vergleichsweise kleine Amplitude besitzt und/oder der Gleichanteil des Signals vergleichsweise stark variiert.Against this background, it is an object of the present invention to eliminate the above-mentioned problems and to enable a reliable determination of the current rotor position of an electric motor, in particular in applications in which the ripple of the signal to be evaluated has a comparatively small amplitude and / or the DC component of the signal varies comparatively strongly.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved according to the invention by a circuit arrangement according to claim 1 and a method according to claim 7. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Bei der Erfindung wird zur Verstärkung des Signals ein Verstärker mit einem einstellbaren Signaloffset (Eingangssignaloffset und/oder Ausgangssignaloffset) verwendet und dieser Signaloffset in Abhängigkeit von dem verstärkten Signal eingestellt.In the invention, an amplifier with an adjustable signal offset (input signal offset and / or output signal offset) is used to amplify the signal, and this signal offset is adjusted in dependence on the amplified signal.

Vorteilhaft kann damit eine Verstärkung mit einem z. B. gleichbleibend hohen Verstärkungsfaktor (für eine vorteilhafte Erhöhung der Amplitude der Welligkeit), jedoch variierendem Signaloffset (zur wenigstens teilweisen Unterdrückung bzw. Entfernung des Gleichanteils) vorgesehen werden.Advantageously, so that a gain with a z. B. consistently high amplification factor (for an advantageous increase in the amplitude of the ripple), but varying signal offset (for at least partial suppression or removal of the DC component) are provided.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich zur Auswertung der Signalwelligkeit auch eine Auswertung des Signalgleichanteils anhand des verstärkten Signals erfolgt. Als ”Gleichanteil” kann z. B. ein gleitender Mittelwert des verstärkten Signals mit einer Mittelung über mehrere Welligkeitsperioden angesehen werden. In der Praxis kann daher z. B. zur Auswertung bzw. Ermittlung des Gleichanteils eine solche Mittelung über mehrere Welligkeitsperioden vorgenommen werden. Bevorzugt kann die Ermittlung durch die bereits für die Welligkeitsauswertung ohnehin vorgesehene Einrichtung durchgeführt werden. Die Auswertung des Gleichanteils ist insbesondere für Verwendungen der Schaltungsanordnung bzw. des Auswerteverfahrens interessant, bei welchen der Elektromotor zur elektromotorischen Verstellung von Komponenten eines Fahrzeuges mit so genanntem ”Einklemmschutz” vorgesehen ist. Ein typisches Beispiel hierfür ist ein elektromotorisch verstelltes Fenster oder Schiebedach bei einem Kraftfahrzeug. Es ist hinlänglich bekannt, als Kriterium zur Feststellung eines ”Einklemmfalles” einen mehr oder weniger abrupten Anstieg des Motorstromes heranzuziehen (Diesbezüglich ist anzumerken, dass ein solcher abrupter Anstieg sich auch in anderweitig definierten ”Motorbetriebsparametern” äußert, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung als das ”Signal” verwendet werden können). Ein derart realisierter Einklemmschutz kann auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung realisiert sein, indem der Gleichanteil des verstärkten Signals ermittelt, bzw. dahingehend ausgewertet wird, ob dieser ein vorgegebenes Kriterium zur Feststellung eines ”Einklemmfalles” erfüllt.According to a development of the invention, it is provided that, in addition to the evaluation of the signal ripple, an evaluation of the signal equal component is also carried out on the basis of the amplified signal. As a "DC share" z. For example, a moving average of the amplified signal with averaging over several ripple periods may be considered. In practice, therefore, z. B. for the evaluation or determination of the DC component such averaging over several ripple periods are made. Preferably, the determination can be carried out by the already provided for the ripple evaluation device anyway. The evaluation of the DC component is of interest in particular for uses of the circuit arrangement or of the evaluation method, in which the electric motor is provided for electromotive adjustment of components of a vehicle with so-called "anti-pinch protection". A typical example of this is an electric motorized window or sunroof in a motor vehicle. It is well known to use a more or less abrupt increase in the motor current as a criterion for determining a "pinch" case (in this regard, it should be noted that such an abrupt increase also manifests itself in otherwise defined "engine operating parameters" present invention as the "signal" can be used). Such an anti-pinch protection realized in this way can also be realized in the context of the present invention by determining the DC component of the amplified signal, or evaluating it to determine whether it fulfills a predetermined criterion for determining a "trapping case".

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind geeignete Mittel zur Einstellung des Signaloffsets (Eingangssignaloffset und/oder Ausgangssignaloffset) vorzusehen, die beispielsweise eine Komponente bzw. ein Funktionalität der ohnehin zur Auswertung der Signalwelligkeit vorgesehenen Auswerteeinrichtung darstellen können.In the case of the circuit arrangement according to the invention, suitable means for adjusting the signal offset (input signal offset and / or output signal offset) are provided, which can represent, for example, a component or a functionality of the evaluation device provided anyway for the evaluation of the signal ripple.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die verwendete Auswerteeinrichtung auch Mittel zur Ermittlung eines Gleichanteils des verstärkten Signals, um damit einen Einklemmschutz für eine von dem Elektromotor verstellte Komponente zu realisieren.In a preferred embodiment, the evaluation device used also comprises means for determining a DC component of the amplified signal, in order to thus realize a pinch protection for a component adjusted by the electric motor.

Bei der Erfindung wird die ”aktuelle Position des Rotors” ermittelt. Auf Basis dieser Ermittlung kann beispielsweise eine ”sensorlose Positionierung” einer mittels des Elektromotors verstellten Komponente erfolgen. Der Begriff ”Position des Rotors” soll darüber hinaus jedoch auch den Fall umfassen, dass damit ausschließlich eine Drehfrequenz bzw. Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird. Dies ist z. B. beim elektrischen Antrieb von Pumpen, Kompressoren oder dergleichen zweckmäßig (als ein Maß für die aktuelle Pump- bzw. Kompressionsleistung). In diesen Fällen ist die genaue Drehwinkelposition des Rotors zumeist keine interessante Information.In the invention, the "current position of the rotor" is determined. On the basis of this determination, for example, a "sensorless positioning" of a component adjusted by means of the electric motor can take place. However, the term "position of the rotor" should also include the case that only a rotational frequency or rotational speed of the electric motor is thus determined. This is z. B. in the electric drive of pumps, compressors or the like appropriate (as a measure of the current pumping or compression power). In these cases, the exact rotational position of the rotor is usually not interesting information.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung eine programmgesteuerte Rechnereinrichtung, durch welche wenigstens ein Teil der Auswerteeinrichtung implementiert ist. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform besitzt die programmgesteuerte Rechnereinrichtung einen Ausgang zur Ausgabe eines pulsweitenmodulierten (PWM) Signals, welches als ein Einstellsignal zur erfindungsgemäß vorgenommenen Einstellung des Signaloffsets am Verstärker verwendet wird.In a preferred embodiment, the circuit arrangement comprises a program-controlled computer device, by which at least a part of the evaluation device is implemented. According to a development of this embodiment, the program-controlled computer device has an output for outputting a pulse width modulated (PWM) signal, which is used as a setting signal for setting the signal offset according to the invention to the amplifier.

In einer schaltungstechnisch besonders einfachen und daher bevorzugten Ausführungsform ist der Verstärker als ein Operationsverstärker mit externer Beschaltung zur Definition der Verstärkercharakteristik ausgebildet.In a circuit technology particularly simple and therefore preferred embodiment, the amplifier is designed as an operational amplifier with external circuitry for defining the amplifier characteristic.

Beispielsweise kann der Verstärker gemäß einer ”klassischen Operationsverstärkerschaltung” wie dem ”nicht-invertierenden Verstärker” oder dem ”invertierenden Verstärker” konzipiert sein, also mit einem Widerstandsnetzwerk zur Definition der Verstärkercharakteristik, wobei gemäß der Erfindung durch eine geeignete Modifikation eine Einstellbarkeit des Eingangssignaloffsets und/oder des Ausgangssignaloffsets realisiert wird.For example, the amplifier may be designed in accordance with a "classical operational amplifier circuit" such as the "non-inverting amplifier" or the "inverting amplifier", ie with a resistor network for defining the amplifier characteristic, wherein according to the invention, by means of a suitable modification, an adjustability of the input signal offset and / or or the output signal offset is realized.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Einstellung des Signaloffsets in Abhängigkeit von dem verstärkten Signal kann in vielfältiger Weise implementiert sein.The adjustment of the signal offset in accordance with the invention as a function of the amplified signal can be implemented in a variety of ways.

In einer Ausführungsform umfassen die Mittel zur Einstellung des Signaloffsets eine mit der externen Beschaltung des Operationsverstärkers gekoppelte Einstellsignalquelle. Das von dieser Quelle gelieferte Signal definiert dann den Wert des am Verstärker einzustellenden Signaloffsets.In one embodiment, the signal offset adjustment means comprises a tuning signal source coupled to the external circuitry of the operational amplifier. The signal provided by this source then defines the value of the signal offset to be set on the amplifier.

Hierbei kann es sich z. B. um eine Spannungsquelle handeln, deren Spannung über einen Widerstand an einem Schaltungsknoten der externen Operationsverstärker-Beschaltung eingekoppelt wird. Alternativ könnte als Einstellsignal auch ein Strom vorgesehen sein, welcher in die externe Beschaltung des Operationsverstärkers in geeigneter Weise eingekoppelt wird, um den Signaloffset einzustellen.This may be z. B. be a voltage source whose voltage is coupled via a resistor at a circuit node of the external operational amplifier circuit. Alternatively, as a setting signal, a current may be provided which is coupled into the external circuitry of the operational amplifier in a suitable manner to adjust the signal offset.

Gängige Konzepte zur Realisierung einer Operationsverstärkerschaltung mit einem durch die externe Beschaltung definierten Verstärkungsfaktor sehen vor, dass das zu verstärkende Signal an einem Eingang des Operationsverstärkers angelegt wird und durch eine Rückkopplung des Ausgangssignals auf wenigstens einen Eingang eine Regelschleife (Rückkopplung) realisiert wird, durch welche eine Differenz der Signalwerte an den Eingängen auf etwa Null geregelt wird. Insbesondere bei einem solchen Schaltungskonzept lässt sich die erforderliche Einstellbarkeit des Signaloffsets beispielsweise dadurch bewerkstelligen, dass durch ein Einstellsignal der Signalwert an einem der Eingänge des Operationsverstärkers verschoben wird. Hierzu kann z. B. vorgesehen sein, dass die Einstellspannung einer Einstellspannungsquelle über einen Widerstand an einem Schaltungsknoten eingekoppelt wird, welcher mit einem Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist.Conventional concepts for realizing an operational amplifier circuit with an amplification factor defined by the external circuitry provide that the signal to be amplified is applied to an input of the operational amplifier and feedback control of the output signal to at least one input realizes a feedback loop by means of which Difference of the signal values at the inputs is regulated to approximately zero. In particular, with such a circuit concept, the required adjustability of the signal offset can be achieved, for example, by shifting the signal value at one of the inputs of the operational amplifier by means of a setting signal. For this purpose, z. B. be provided that the adjustment voltage of a Einstellspannungsquelle is coupled via a resistor to a circuit node, which is connected to an input of the operational amplifier.

In einer Ausführungsvariante ist beispielsweise vorgesehen, dass der Signaloffset kontinuierlich derart eingestellt wird, dass ein Mittelwert (Gleichanteil) des verstärkten Signals stets in einem mittleren Bereich des schaltungstechnisch vorgegebenen Ausgangssignalbereiches des Verstärkers bleibt. Eine solche kontinuierliche Einstellung bzw. Nachführung des Signaloffsets kann z. B. durch eine entsprechende Regelung vorgesehen sein, bei welcher kontinuierlich der Gleichanteil bzw. ein gleitender Mittelwert des verstärkten Signals mit einem z. B. festen Sollwert verglichen wird, und entsprechend dem Vergleichsergebnis bedarfsweise eine Veränderung des Signaloffsets vorgenommen wird, um den Mittelwert des verstärkten Signals in Richtung des Sollwertes zu verschieben.In one embodiment, it is provided, for example, that the signal offset is set continuously in such a way that an average value (DC component) of the amplified signal always remains in a central region of the circuitry-specific output signal range of the amplifier. Such a continuous adjustment or tracking of the signal offset can, for. B. be provided by an appropriate scheme in which continuously the DC component or a moving average of the amplified signal with a z. B. fixed setpoint is compared, and according to the Comparison result, if necessary, a change in the signal offset is made to move the average value of the amplified signal in the direction of the setpoint.

In einer anderen Ausführungsvariante erfolgt die Einstellung des Signaloffsets nicht kontinuierlich sondern in Stufen. Bei einer solchen stufenweisen Einstellung kann z. B. vorgesehen sein, dass

– im Fall, in welchem das verstärkte Signal eine im oberen Bereich des schaltungstechnisch vorgegebenen Ausgangssignalbereiches liegende obere Schwelle überschreitet, der Signaloffset um einen vorgegebenen Betrag verändert wird, um den Betrag des verstärkten Signals zu verringern, und
– im Fall, in welchem das verstärkte Signal eine im unteren Bereich des schaltungstechnisch vorgegebenen Ausgangssignalbereiches liegende untere Schwelle unterschreitet, der Signaloffset um einen vorgegebenen Betrag verändert wird, um den Betrag des verstärkten Signals zu vergrößern.

In another embodiment, the setting of the signal offset is not continuous but in stages. In such a stepwise setting z. B. be provided that

In the case in which the amplified signal exceeds an upper threshold lying in the upper region of the circuit-dictated output signal range, the signal offset is changed by a predetermined amount in order to reduce the magnitude of the amplified signal, and
- In the case in which the amplified signal falls below a lower threshold of the circuit-technically predetermined output signal range lower threshold, the signal offset is changed by a predetermined amount to increase the amount of the amplified signal.

Der bei einer Veränderung des Signaloffsets vorgegebene Betrag kann z. B. so gewählt sein, dass bei Überschreitung der oberen Schwelle eine Absenkung des verstärkten Signals auf einen Wert etwa bei (knapp überhalb) der unteren Schwelle erfolgt, und umgekehrt, d. h. dass bei Unterschreitung der unteren Schwelle eine Anhebung des verstärkten Signals auf einen Wert etwa bei (knapp unterhalb) der oberen Schwelle erfolgt. Bei diesen sprunghaften Veränderungen des Signaloffsets kann vorgesehen sein, dass ein (linearer) Verstärkungsfaktor der Verstärkung nicht verändert wird.The predetermined at a change in the signal offset amount z. B. be chosen so that when exceeding the upper threshold, a lowering of the amplified signal to a value approximately at (just over half) of the lower threshold, and vice versa, d. H. that falls below the lower threshold, an increase of the amplified signal to a value approximately at (just below) the upper threshold occurs. With these sudden changes in the signal offset, it can be provided that a (linear) amplification factor of the amplification is not changed.

Durch beide vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass das verstärkte Signal nicht aus dem schaltungstechnisch vorgegebenen Ausgangssignalbereich des Verstärkers (und aus einem Eingangssignalbereich eines ggf. vorgesehenen, dem Verstärker nachgeschalteten Analog/Digital-Wandlers) ”herausläuft”. Beide vorstehend beschriebene Ausführungsvarianten (kontinuierliche Offseteinstellung und stufenweise Offseteinstellung) können selbstverständlich auch bei Verstärkern vorgesehen sein, die nicht als extern beschalteter Operationsverstärker ausgebildet sind. Der Begriff ”Verstärker”, ist im Sinne der Erfindung sehr breit zu verstehen. Wesentlich ist dessen Fähigkeit zur Verstärkung des eingegebenen Signals, wobei zusätzlich die Möglichkeit der Offseteinstellung zu dem beschriebenen Zweck gegeben ist.Through both embodiments described above, it can be advantageously ensured that the amplified signal does not "run out" from the circuitry-specific output signal range of the amplifier (and from an input signal range of an optionally provided analog / digital converter connected downstream of the amplifier). Both embodiments described above (continuous offset adjustment and stepwise offset adjustment) can of course also be provided in amplifiers which are not designed as externally connected operational amplifiers. The term "amplifier" is to be understood in the context of the invention very broad. Essential is its ability to amplify the input signal, with the additional possibility of offset adjustment is given for the purpose described.

Der Verstärkungsfaktor (Kleinsignalverstärkung) der Verstärkung bzw. des verwendeten Verstärkers beträgt bevorzugt wenigstens 10¹, insbesondere wenigstens 10². Ein derart großer Verstärkungsfaktor (z. B. fest vorgegeben, oder anhand des Ergebnisses der Auswertung laufend angepasst) vereinfacht eine zuverlässige Auswertung der Welligkeit des Ausgangssignals.The amplification factor (small-signal amplification) of the amplification or of the amplifier used is preferably at least 10 ¹ , in particular at least 10 ² . Such a large amplification factor (eg predetermined, or continuously adjusted based on the result of the evaluation) simplifies a reliable evaluation of the ripple of the output signal.

Eine bevorzugte Verwendung der Schaltungsanordnung bzw. des Verfahrens ergibt sich für den Betrieb einer elektromotorisch verstellbaren Komponente in einem Fahrzeug, wie z. B. einem elektromotorisch verstellbaren Sitz, Fenster, Spiegel etc. eines Kraftfahrzeuges. Mit der Erfindung können derartige Fahrzeugkomponenten ”sensorlos positioniert” werden. Bei vielen derartigen Fahrzeugkomponenten ist auch ein ”Einklemmschutz” sinnvoll, wie oben bereits erläutert. Bei anderen Fahrzeugkomponenten, wie z. B. Pumpen, Kompressoren etc. ist dies nicht der Fall.A preferred use of the circuit arrangement and the method results for the operation of an electric motor adjustable component in a vehicle, such. As an electric motor adjustable seat, windows, mirrors, etc. of a motor vehicle. With the invention, such vehicle components can be positioned "sensorless". In many such vehicle components and a "anti-trap" makes sense, as already explained above. For other vehicle components, such. As pumps, compressors, etc., this is not the case.

Die Auswertung der Welligkeit des verstärkten Signals kann in programmgesteuerter Weise vorgesehen sein. Bei den erwähnten automobilen Anwendungen kann die Auswerteeinrichtung z. B. durch eine programmgesteuerte Rechnereinrichtung gebildet sein bzw. eine solche Rechnereinrichtung (z. B. Mikrocontroller) umfassen. Derartige Einrichtungen (”Steuergeräte”) sind insbesondere in Kraftfahrzeugen zum Betrieb von elektromotorisch verstellbaren Komponenten oftmals ohnehin vorhanden, so dass die vorhandene Hardware zur Realisierung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft genutzt werden kann.The evaluation of the ripple of the amplified signal can be provided in a program-controlled manner. In the mentioned automotive applications, the evaluation z. B. be formed by a program-controlled computer device or such a computer device (eg., Microcontroller) include. Such devices ("control devices") are often already present in particular in motor vehicles for the operation of electromotively adjustable components, so that the existing hardware can be advantageously used to implement the present invention.

Das für die erfindungsgemäße Ermittlung der aktuellen Rotorposition herangezogene und hierfür zu verstärkende Signal kann z. B. repräsentativ für einen gemessenen Motorstrom sein. Die Messschaltung kann in diesem Fall z. B. einen vom Motorstrom durchflossenen Strommesswiderstand umfassen. Das Signal ist dann die am Strommesswiderstand abfallende Spannung. Alternativ kann als Signal z. B. eine gemessene Motorspannung herangezogen werden. Schließlich können im Rahmen der Erfindung auch andere Signale verwendet werden, die auf Basis einer Messung eines Motorstromes und/oder einer Motorspannung des Elektromotors gewonnen werden. Ein Beispiel hierfür ist ein elektrischer Widerstand des Elektromotors (z. B. Ankerwiderstand), definiert als Quotient von Motorspannung und Motorstrom.The signal used for the determination according to the invention of the current rotor position and for this purpose to be amplified can be z. B. be representative of a measured motor current. The measuring circuit can in this case z. B. comprise a current flowing through the motor current current measuring resistor. The signal is then the voltage drop across the current sense resistor. Alternatively, as a signal z. B. a measured motor voltage can be used. Finally, other signals can be used in the invention, which are obtained on the basis of a measurement of a motor current and / or a motor voltage of the electric motor. An example of this is an electrical resistance of the electric motor (eg armature resistance), defined as the quotient of motor voltage and motor current.

Bei dem Elektromotor handelt es sich bevorzugt um einen Gleichstrommotor, insbesondere einen mechanisch kommutierten Gleichstrommotor. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf diese spezielle Art von Elektromotor eingeschränkt.The electric motor is preferably a DC motor, in particular a mechanically commutated DC motor. However, the invention is by no means limited to this particular type of electric motor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:The invention will be further described by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. They show:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Ermittlung der aktuellen Rotorposition eines Elektromotors, 1 1 is a schematic block diagram of a circuit arrangement for determining the current rotor position of an electric motor,

2 ein Schaltbild einiger Komponenten der Schaltungsanordnung von 1 gemäß einer konkreten Realisierungsvariante, und 2 a circuit diagram of some components of the circuit of 1 according to a concrete implementation variant, and

3 schematische Auftragungen eines Motorstromes (Im), eines PWM-Tastverhältnisses (pwm) und einer verstärkten Signalspannung (Us) gegen die Zeit (t). 3 schematic plots of a motor current (Im), a PWM duty cycle (PWM) and an amplified signal voltage (Us) versus time (t).

1 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung 10 zur Ermittlung der aktuellen Position (z. B. Drehwinkelposition) eines Rotors eines Elektromotors M, bei dem es sich beispielsweise um einen mechanisch kommutierten Gleichstrommotor handelt. 1 illustrates a circuit arrangement 10 for determining the current position (eg rotational angular position) of a rotor of an electric motor M, which is, for example, a mechanically commutated DC motor.

Der Elektromotor M wird mit einer Motorspannung Um und einem Motorstrom Im betrieben.The electric motor M is operated with a motor voltage Um and a motor current Im.

Eine Messschaltung 12 dient dazu, den Motorstrom Im und/oder die Motorspannung Um zu messen und auf Basis dieser Messung(en) ein elektrisches ”Motorbetriebssignal” Uim bereitzustellen, nachfolgend auch kurz als ”Signal” bezeichnet.A measuring circuit 12 is used to measure the motor current Im and / or the motor voltage Um and to provide an electrical "motor operating signal" Uim based on this measurement (s), hereinafter also referred to as "signal" for short.

Im Folgenden sei (für die beschriebenen Ausführungsbeispiele) angenommen, dass es sich bei dem Signal Uim um ein Spannungssignal handelt, dessen Momentanwert proportional zum Momentanwert des Motorstromes Im ist (In diesem Fall ist die Messung der Motorspannung Um entbehrlich).In the following it is assumed (for the embodiments described) that the signal Uim is a voltage signal whose instantaneous value is proportional to the instantaneous value of the motor current Im (in this case the measurement of the motor voltage Um is dispensable).

Das Signal Uim wird einem Verstärker 14 zur Verstärkung des Signals Uim eingegeben, so dass am Ausgang des Verstärkers 14 ein ”verstärktes Signal” Us bereitgestellt wird.The signal Uim becomes an amplifier 14 to amplify the signal Uim input, so that at the output of the amplifier 14 an "amplified signal" Us is provided.

Der Verstärker 14 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein linearer Verstärker mit einem einstellbaren Signaloffset. Das Ausgangssignal des Verstärkers 14, also das verstärkte Signal Us besitzt den Wert Us(t) = a·Uim(t) + b. The amplifier 14 is a linear amplifier with an adjustable signal offset in the illustrated embodiment. The output signal of the amplifier 14 , So the amplified signal Us has the value Us (t) = a · Uim (t) + b.

Hierbei bezeichnet t die Zeit. Die Verstärkungscharakteristik ist gekennzeichnet durch die Verstärkungsparameter ”a” und ”b”, wobei ”a” die Kleinsignalverstärkung darstellt, hier auch als ”Verstärkungsfaktor” bezeichnet, und ”b” den Signaloffset (hier: Ausgangssignaloffset) bezeichnet. Es versteht sich, dass eine derartige Verstärkungscharakteristik in schaltungstechnischer Hinsicht in vielfältiger Weise realisiert werden kann. Weiter unten wird z. B. eine Realisierung mittels eines Operationsverstärkers detaillierter beschrieben. Es können jedoch auch andere Verstärkerkonzepte eingesetzt werden. Zur Erzielung eines höheren Verstärkungsfaktors einer Spannungs- oder Stromverstärkung können auch andere aktive elektronische Bauelemente (Transistoren etc.) vorgesehen sein. Die Schaffung einer Verstärkungscharakteristik der vorstehend beschriebenen Art mit einem linearen Verstärkungsfaktor (a) und einem additiven Offset (b) kann hierbei auch durch zwei Verstärkerschaltungsteile realisiert werden, welche einerseits die lineare Verstärkung und andererseits die Bereitstellung eines Offsetsignals bewerkstelligen und durch eine geeignete Überlagerungseinrichtung (Addierer, Subtrahierer etc.) miteinander gekoppelt sind, um ein der oben angegebenen Verstärkungscharakteristik genügendes resultierendes Ausgangssignal bereitzustellen.Where t is the time. The gain characteristic is characterized by the gain parameters "a" and "b", where "a" represents the small signal gain, also referred to herein as "gain factor", and "b" denotes the signal offset (here: output signal offset). It is understood that such an amplification characteristic can be realized in terms of circuit technology in a variety of ways. Below is z. B. a realization by means of an operational amplifier described in more detail. However, other amplifier concepts can also be used. To achieve a higher gain of a voltage or current gain, other active electronic components (transistors, etc.) may be provided. The provision of an amplification characteristic of the type described above with a linear amplification factor (a) and an additive offset (b) can also be realized by two amplifier circuit parts which on the one hand accomplish the linear amplification and on the other hand provide an offset signal and by a suitable superposition device (adder , Subtractors, etc.) are coupled together to provide a resultant output signal satisfying the above-specified gain characteristic.

Der Verstärkungsfaktor ”a” ist beispielsweise fest vorgegeben und liegt bevorzugt in einer Größenordnung von mindestens 10¹, weiter bevorzugt mindestens 10².The amplification factor "a" is fixed, for example, and is preferably of the order of at least 10 ¹ , more preferably at least 10 ² .

Der Signaloffset ”b” wird durch ein Einstellsignal Upwm eingestellt, welches von einer Auswerteeinrichtung 16 erzeugt und an einem Steuereingang des Verstärkers 14 eingegeben wird.The signal offset "b" is set by a setting signal Upwm, which is provided by an evaluation device 16 generated and at a control input of the amplifier 14 is entered.

Die Auswerteeinrichtung 16 dient in erster Linie zur Auswertung einer Welligkeit des verstärkten Signals Us, um anhand dieser Auswertung die aktuelle Position des Rotors des Elektromotors M zu bestimmen. Die konkrete. Art und Weise dieser Auswertung spielt für die vorliegende Erfindung eine untergeordnete Rolle. Geeignete Auswertungsmethoden sind z. B. in den eingangs bereits erwähnten Veröffentlichungen DE 10 2005 018 526 B4 und EP 0 890 841 B1 beschrieben (z. B. ”Nulldurchgangsverfahren”). Auf Basis der Auswertung der aktuellen Rotorposition kann z. B. eine ”sensorlose Positionierung” von elektromotorisch verstellbaren Komponenten und/oder eine Drehzahlermittlung und/oder (ggf.) ein Einklemmschutz für die betreffende Komponente bewerkstelligt werden.The evaluation device 16 serves primarily to evaluate a ripple of the amplified signal Us to determine the current position of the rotor of the electric motor M based on this evaluation. The concrete one. The manner of this evaluation plays a subordinate role for the present invention. Suitable evaluation methods are z. B. in the publications already mentioned above DE 10 2005 018 526 B4 and EP 0 890 841 B1 described (eg "zero crossing procedure"). On the basis of the evaluation of the current rotor position z. B. a "sensorless positioning" of electromotive adjustable components and / or a speed determination and / or (if necessary) an anti-trap for the component in question be accomplished.

Die Auswerteeinrichtung 16 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Einrichtungsteil 16-1, welchem das Signal Us zugeführt wird und welcher die eigentliche Auswertung der Welligkeit vornimmt und das Auswertungsergebnis einem zweiten Einrichtungsteil 16-2 kommuniziert, welcher daraus ein das Auswertungsergebnis beinhaltendes digitales Signal S erzeugt und ausgibt.The evaluation device 16 includes in the illustrated embodiment, a first device part 16-1 to which the signal Us is supplied and which carries out the actual evaluation of the ripple and the evaluation result to a second device part 16-2 communicates which generates and outputs therefrom a digital signal S containing the evaluation result.

Ferner enthält die Auswerteeinrichtung 16 einen dritten Einrichtungsteil 16-3, welcher zur Einstellung des Ausgangssignaloffsets ”b” in Abhängigkeit von dem verstärkten Signal Us dient. Der Einrichtungsteil 16-3 bildet hierfür einen gleitenden Mittelwert des verstärkten Signals Us, vergleicht diesen Mittelwert mit einem vorgegebenen Sollwert, und gibt das einer Abweichung zwischen Mittelwert und Sollwert entsprechende Einstellsignal Upwm an den Verstärker 14 aus.Furthermore, the evaluation device contains 16 a third device part 16-3 , which serves to adjust the output signal offset "b" in response to the amplified signal Us. The furniture part 16-3 For this purpose, it forms a moving average value of the amplified signal Us, compares this mean value with a predefined setpoint value, and outputs the adjustment signal Upwm corresponding to a deviation between the mean value and the setpoint value to the amplifier 14 out.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird damit eine Regelung des zeitlichen Mittelwerts bzw. des Gleichanteils des verstärkten Signals Us dergestalt realisiert, dass dieser Mittelwert stets in der Nähe des Sollwerts bleibt. Der Sollwert liegt hierbei in einem mittleren Bereich (z. B. exakt in der Mitte) des schaltungstechnisch vorgegebenen (bzw. zulässigen) Ausgangssignalbereiches des Verstärkers 14. In the present embodiment, a control of the time average or the DC component of the amplified signal Us is realized in such a way that this average value always remains in the vicinity of the desired value. In this case, the desired value lies in a middle range (eg exactly in the middle) of the circuit-technically predetermined (or permissible) output signal range of the amplifier 14 ,

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die mittels des Einstellsignals Upwm vorgenommene Korrektur bzw. Regelung des Gleichanteils des verstärkten Signals Us auch an den zweiten Einrichtungsteil 16-2 kommuniziert, um diese Information betreffend die momentane Einstellung des Signaloffsets ”b” und somit eine Information über den Betrag des Gleichanteils in die digitale Information (Signal S) einfließen zu lassen.In the illustrated embodiment, the correction or regulation of the DC component of the amplified signal Us by means of the adjustment signal Upwm is also applied to the second device part 16-2 communicates in order to incorporate this information regarding the instantaneous setting of the signal offset "b" and thus information about the amount of the DC component into the digital information (signal S).

Der wesentliche Vorteil der Schaltungsanordnung 10 besteht darin, dass durch die Einstellbarkeit des Signaloffsets ”b” und dessen Einstellung in Abhängigkeit von dem verstärkten Signal Us erstens ein relativ großer Verstärkungsfaktor ”a” verwendet werden kann, ohne dass ein Übersteuern oder Untersteuern des Verstärkers 14 aufgrund der Welligkeit im Eingangssignal Uim zu befürchten ist, und zweitens ein solches Übersteuern oder Untersteuern auch dann nicht zu befürchten ist, wenn sich der Gleichanteil des zu verstärkenden Signals Uim im Laufe der Zeit wesentlich erhöht bzw. verringert.The main advantage of the circuit arrangement 10 is that by the adjustability of the signal offset "b" and its setting in response to the amplified signal Us, first, a relatively large amplification factor "a" can be used without overdriving or understeering the amplifier 14 due to the ripple in the input signal Uim is to be feared, and secondly, such oversteer or understeer is not to be feared even if the DC component of the signal to be amplified Uim increases or decreases significantly over time.

Durch die beschriebene Anpassung des Signaloffsets ”b” an den Wert des verstärkten Signals Us lässt sich gewissermaßen der Gleichanteil des Signals Uim mehr oder weniger stark kompensieren bzw. unterdrücken Der damit problemlos verwendbare hohe Verstärkungsfaktor ”a” verbessert die Zuverlässigkeit der Auswertung der Welligkeit im Verstärkten Signal Us und verbessert somit die Zuverlässigkeit der Erfassung der Rotorposition.By means of the described adaptation of the signal offset "b" to the value of the amplified signal Us, the DC component of the signal Uim can to a certain extent be compensated or suppressed. The high amplification factor "a" which is thus easily usable improves the reliability of the ripple evaluation in the amplified state Signal Us and thus improves the reliability of the detection of the rotor position.

Insbesondere in automobilen Anwendungen kann die Auswerteeinrichtung 16 wenigstens teilweise durch Funktionalitäten einer programmgesteuerten elektronischen Rechnereinrichtung (z. B. ”Mikrocontroller” in einem automobilen Steuergerät) implementiert sein.In particular, in automotive applications, the evaluation 16 at least partially implemented by functionalities of a program-controlled electronic computer device (eg "microcontroller" in an automotive control device).

Das auszuwertende verstärkte Signal Us kann einer programmgesteuerten Rechnereinrichtung (z. B. Mikrocontroller) beispielsweise über einen Analog/Digital-Wandler zugeführt werden, um die in den beschriebenen Einrichtungsteilen 16-1 bis 16-3 durchgeführten Auswertungsschritte softwarebasiert zu implementieren.The amplified signal Us to be evaluated can be supplied to a program-controlled computer device (eg microcontroller), for example via an analog / digital converter, in order to divide the parts in the described device 16-1 to 16-3 implemented evaluation steps software-based.

Der für den Analog/Digital-Wandler zulässige Eingangssignalbereich kann hierbei im Wesentlichen dem schaltungstechnisch vorgegebenen Ausgangssignalbereich des Verstärkers 14 entsprechen. Wesentlich ist, dass im Betrieb der Schaltungsanordnung 10 das verstärkte Signal Us sowohl innerhalb des zulässigen Ausgangssignalbereiches des Verstärkers 14 als auch im zulässigen Eingangssignalbereich des betreffenden Analog/Digital-Wandlers bleibt.The input signal range permissible for the analog / digital converter can in this case essentially correspond to the circuitry-specific output signal range of the amplifier 14 correspond. It is essential that during operation of the circuit arrangement 10 the amplified signal Us both within the allowable output range of the amplifier 14 as well as within the permissible input signal range of the relevant analog / digital converter.

2 veranschaulicht eine besonders einfache Realisierung einiger mit Bezug auf die 1 bereits beschriebener Teile der Schaltungsanordnung 10, bei welcher der Verstärker 14 als ein Operationsverstärker OPAMP mit externer Beschaltung zur Definition der Verstärkercharakteristik ausgebildet ist. 2 illustrates a particularly simple realization of some with respect to the 1 already described parts of the circuit arrangement 10 in which the amplifier 14 is formed as an operational amplifier OPAMP with external circuitry for defining the amplifier characteristic.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Messschaltung 12 durch einen vom Motorstrom ”Im” durchflossenen Messwiderstand R1 gebildet, um das für den Motorstrom Im repräsentative (hier: proportionale) Spannungssignal Uim an einem Schaltungsknoten K1 bereitzustellen.In the illustrated embodiment, the measuring circuit 12 is formed by a measuring resistor R1 through which the motor current "Im" flows, in order to provide the voltage signal Uim which is representative (here: proportional) for the motor current Im at a circuit node K1.

Der Schaltungsknoten K1 ist wie dargestellt über einen Widerstand R2 mit einem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPAMP verbunden, welcher von Versorgungspotenzialen U1 (positives Versorgungspotenzial) und GND (negatives Versorgungspotenzial bzw. elektrische Masse) versorgt wird.As shown, the circuit node K1 is connected via a resistor R2 to a non-inverting input of the operational amplifier OPAMP, which is supplied by supply potentials U1 (positive supply potential) and GND (negative supply potential or electrical ground).

Am Ausgang des Operationsverstärkers OPAMP wird das verstärkte Signal Us bereitgestellt. In an sich bekannter Weise wird durch die externe Beschaltung des Operationsverstärkers OPAMP eine ”klassische nicht-invertierende Verstärkerschaltung” realisiert. Hierfür ist der Verstärkerausgang über einen Schaltungsknoten K2 und einen Widerstand R4 mit einem Schaltungsknoten K3 verbunden, der wiederum einerseits mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPAMP und andererseits über einen Widerstand R3 mit elektrischer Masse (negatives Versorgungspotenzial) verbunden ist.At the output of the operational amplifier OPAMP the amplified signal Us is provided. In a manner known per se, a "conventional non-inverting amplifier circuit" is realized by the external wiring of the operational amplifier OPAMP. For this purpose, the amplifier output is connected via a circuit node K2 and a resistor R4 to a circuit node K3, which in turn is connected on the one hand to an inverting input of the operational amplifier OPAMP and on the other hand via a resistor R3 with electrical ground (negative supply potential).

Lässt man den in 2 unten noch vorhandenen Schaltungsteil zunächst außer Betracht, so liefert die beschriebene externe Beschaltung hinsichtlich der Verstärkercharakteristik in bekannter Weise den Zusammenhang Us(t) = a·Uim(t), wobei sich der Verstärkungsfaktor ”a” zu a = R3/(R3 + R4) ergibt.Leave the in 2 initially disregarded below circuit part, so the external circuit described in terms of amplifier characteristics in a known manner provides the context Us (t) = a · Uim (t), where the gain "a" increases a = R3 / (R3 + R4) results.

Dies ist die Charakteristik eines linearen Verstärkers ohne Signaloffset.This is the characteristic of a linear amplifier without signal offset.

Mit dem in 2 unten ersichtlichen Schaltungsteil wird jedoch ein durch die eingegebene Einstellspannung Upwm einstellbarer Signaloffset definiert. With the in 2 However, below a circuit part visible is defined by the input setting voltage Upwm signal offset.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einstellspannung Upwm ein pulsweitenmoduliertes (PWM) Spannungssignal, welches aus periodisch erfolgenden Rechteckpulsen mit variabler Pulsweite besteht.In the illustrated embodiment, the adjustment voltage Upwm is a pulse width modulated (PWM) voltage signal, which consists of periodically taking place rectangular pulses with variable pulse width.

Die Einstellspannung Upwm wird durch die dargestellte Anordnung von Widerständen R6, R7 und Kondensatoren C1 und C2 (tiefpass)gefiltert und in dieser gefilterten Form an einem Schaltungsknoten K5 bereitgestellt, welcher über einen Widerstand R5 mit dem Schaltungsknoten K3 im Rückkopplungspfad des Operationsverstärkers OPAMP verbunden ist.The adjustment voltage Upwm is filtered by the illustrated arrangement of resistors R6, R7 and capacitors C1 and C2 (low pass) and provided in this filtered form at a circuit node K5 which is connected via a resistor R5 to the circuit node K3 in the feedback path of the operational amplifier OPAMP.

Die am Schaltungsknoten K5 anliegende (geglättete) Einstellspannung wird somit über den Widerstand R5 in die externe Beschaltung des Operationsverstärkers OPAMP eingekoppelt.The voltage applied to the circuit node K5 (smoothed) tuning voltage is thus coupled via the resistor R5 in the external circuitry of the operational amplifier OPAMP.

Durch Variation eines Tastverhältnisses ”pwm” des Einstellsignals Upwm lässt sich somit der Offset der Signalverstärkung variieren. Dies wird im Rahmen der Erfindung dazu genutzt, den Gleichanteil des verstärkten Signals Us in der oben bereits beschriebenen Weise zu kompensieren.By varying a duty cycle "pwm" of the adjustment signal Upwm, the offset of the signal amplification can thus be varied. This is used in the context of the invention to compensate for the DC component of the amplified signal Us in the manner already described above.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass anstatt der Verwendung eines PWM-Einstellsignals auch ein nicht-moduliertes Einstellsignal verwendet werden könnte (In diesem Fall wäre das hier durch die Komponenten R6, C1, R7, C2 realisierte Filter entbehrlich). Die Verwendung einer PWM-Spannung als Einstellsignal besitzt jedoch insbesondere im Falle der Realisierung der Erfindung in einem automobilen Steuergerät einer elektromotorisch verstellbaren Fahrzeugkomponente den Vorteil, dass derartige Steuergeräte oftmals ohnehin die Möglichkeit bieten, eine softwarebasiert erzeugte PWM-Spannung auszugeben.It should be noted that instead of using a PWM tuning signal, a non-modulated tuning signal could also be used (in this case, the filters implemented here by components R6, C1, R7, C2 would be dispensable). However, the use of a PWM voltage as a setting signal has the advantage, in particular in the case of realizing the invention in an automotive control unit of an electromotively adjustable vehicle component, that such control units often already provide the possibility of outputting a software-generated PWM voltage.

3 veranschaulicht die Funktion der Erfindung anhand einiger beispielhafter Signalverläufe, jeweils aufgetragen gegen die Zeit t. 3 illustrates the function of the invention with reference to some exemplary waveforms, each plotted against the time t.

Im oberen Teil von 3 ist ein Verlauf eines Motorstromes Im gezeigt, der bis zu einem Zeitpunkt t1 konstant ist, dann bis zu einem Zeitpunkt t4 ansteigt und dann wieder konstant bleibt. Ein solcher Motorstromverlauf kann sich in der Praxis z. B. während der elektromotorischen Verstellung einer Fahrzeugkomponente ergeben, die gegen ein Hindernis läuft.In the upper part of 3 is a curve of a motor current Im shown, which is constant up to a time t1, then rises to a time t4 and then remains constant again. Such a motor current profile can be in practice z. B. during the electromotive adjustment of a vehicle component, which runs against an obstacle.

Der Motorstrom Im besitzt eine gewisse Welligkeit (z. B. durch Kommutierungsvorgänge bedingt), die der Einfachheit der Darstellung halber bei dem in 3 oben gezeigten Verlauf von Im nicht dargestellt ist (und welche typischerweise eine sehr kleine Amplitude im Vergleich zum dargestellten Gleichanteil des Stromes Im besitzt).The motor current Im has a certain ripple (eg due to commutation processes) which, for the sake of simplicity of illustration, in the case of FIG 3 is not shown (and which typically has a very small amplitude compared to the illustrated DC component of the current Im).

In 3 unten ist der entsprechende Verlauf des verstärkten Motorstrommesssignals Us dargestellt, wobei hier auch die Welligkeit mit eingezeichnet ist (nicht maßstäblich).In 3 below, the corresponding course of the amplified motor current measuring signal Us is shown, whereby the ripple is also drawn in here (not to scale).

Der zum Zeitpunkt t1 beginnende Anstieg des Motorstromes Im führt zu einem entsprechenden Anstieg im Verlauf von Us. Bei Erreichen einer vorgegebenen oberen Schwelle (hier: 4,8 V) durch das verstärkte Signal Us, zu einem Zeitpunkt t2, droht das verstärkte Signal Us den zulässigen Spannungsbereich (hier: 0 V bis 5 V) zu verlassen. Um dies zu verhindern, wird bei Erreichen der oberen Schwelle das Tastverhältnis ”pwm” des Einstellsignals Upwm geeignet verändert. Dies ist im mittleren Teil von 3 dargestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine sprungartige Veränderung des Tastverhältnisses pwm dergestalt, dass der Wert von Us sprungartig auf einen Wert von etwas mehr als einer unteren Schwelle (hier: 0,2 V) absinkt. Wenn durch den weiteren Anstieg des Motorstromes Im bedingt, zu einem Zeitpunkt t3, die verstärkte Spannung Us wieder die obere Schwelle von 4,8 V erreicht, so erfolgt eine entsprechende weitere Veränderung des Tastverhältnisses pwm.The increase in motor current Im beginning at time t1 leads to a corresponding increase in the course of Us. Upon reaching a predetermined upper threshold (here: 4.8 V) by the amplified signal Us, at a time t2, the amplified signal Us threatens to leave the permissible voltage range (here: 0 V to 5 V). In order to prevent this, when the upper threshold is reached, the duty cycle "pwm" of the adjustment signal Upwm is suitably changed. This is in the middle part of 3 shown. In the illustrated embodiment, a sudden change in the duty cycle pwm takes place in such a way that the value of Us suddenly drops to a value of slightly more than a lower threshold (here: 0.2 V). If the amplified voltage Us again reaches the upper threshold of 4.8 V due to the further increase in the motor current Im, at a time t3, a corresponding further change in the pulse duty factor pwm ensues.

Bei diesem Beispiel wird die Einstellspannung Upwm bzw. das zugrundeliegende PWM-Tastverhältnis ”pwm” also stufenweise eingestellt, und zwar bedarfsgerecht bei Erfassung der Fälle, in welchen das verstärkte Signal Us aus dem zulässigen Signalbereich herauszulaufen droht.In this example, the adjustment voltage Upwm or the underlying PWM duty cycle "pwm" is thus set in stages, specifically as required when detecting the cases in which the amplified signal Us threatens to run out of the permissible signal range.

Alternativ ist auch eine kontinuierliche Einstellung des Einstellsignals Upwm bzw. Tastverhältnisses pwm möglich, etwa um den Gleichanteil des verstärkten Signals Us durch eine kontinuierliche Regelung stets in einem mittleren Bereich des zulässigen Spannungsbereiches von 0 V bis 5 V zu halten (hier: z. B. bei etwa 2,5 V).Alternatively, a continuous adjustment of the adjustment signal Upwm or duty cycle pwm is possible, for example to keep the DC component of the amplified signal Us by a continuous control always in a middle range of the allowable voltage range of 0 V to 5 V. (here: eg. at about 2.5V).

Bei beiden Ausführungsvarianten, also kontinuierlicher Einstellung und stufenweiser Einstellung, ist jeweils auch vorteilhaft eine Ermittlung eines Gleichanteils des Signals Im bzw. des verstärkten Signals Us möglich (z. B. zur Verwendung bei einem ”Einklemmschutz”). Bei einer kontinuierlichen Offseteinstellung kann hierfür z. B. das zur Einstellung des betreffenden Verstärkers herangezogene Einstellsignal (oder ein damit verknüpftes Signal) herangezogen werden. Im Falle des Schaltungsbeispiels gemäß 2 könnte z. B. das am Schaltungsknoten K5 herrschende Potential als Basis zur Ermittlung des Gleichanteils herangezogen werden. Wenn nämlich der Gleichanteil des verstärkten Signals Us z. B. ansteigt, so würde ”die kontinuierliche Nachführung” mittels des Einstellsignals Upwm eine entsprechende Veränderung des Signals Upwm und somit auch des geglätteten Signals am Schaltungsknoten K5 nach sich ziehen. Alternativ könnte zur Ermittlung des Gleichanteils das Signal Upwm oder ein im Bereich der entsprechenden Auswerteeinrichtung (z. B. Mikrocontroller) vorliegendes Digitalsignal verwendet werden. Bei einer stufenweisen Offseteinstellung, wie dies z. B. in 3 veranschaulicht ist, kann der Gleichanteil im Singal Im bzw. im verstärkten Signal Us ebenfalls in einfacher Weise ermittelt werden. Diese Ermittlung kann wieder auf Basis der etwaigen Veränderungen des Einstellsignals (Upwm bzw. pwm) erfolgen, wobei jeoch zusätzlich in Phasen eines unveränderten Einstellsignals, also in 3 beispielsweise in den Phasen bis t2, zwischen t2 und t3, und nach t3 auch das verstärkte Signal Us selbst als Basis zur Ermittlung des Gleichanteils mit heranzuziehen ist. Der z. B. im Zeitraum zwischen t2 und t3 erfolgende Anstieg des Gleichanteils ist auch im verstärkten Signal Us zu erkennen. Bei der Ermittlung des Gleichanteils bilden die ”Sprünge des Einstellsignals” gewissermaßen eine Grobinformation, die durch eine Auswertung (zeitliche Mittelwertbildung) des verstärkten Signals mit einer Feininformation ergänzt wird.In both embodiments, ie continuous adjustment and stepwise adjustment, a determination of a DC component of the signal Im or of the amplified signal Us is also advantageously possible in each case (for example for use in the case of a "pinch protection"). In a continuous offset setting this z. B. used for setting the relevant amplifier setting signal (or a signal associated with it) are used. In the case of the circuit example according to 2 could z. B. the am Circuit node K5 prevailing potential can be used as a basis for determining the DC component. Namely, if the DC component of the amplified signal Us z. B. increases, so would the "continuous tracking" means of the adjustment signal Upwm a corresponding change in the signal Upwm and thus also the smoothed signal at the circuit node K5 by itself. Alternatively, the signal Upwm or a digital signal present in the region of the corresponding evaluation device (eg microcontroller) could be used to determine the DC component. In a gradual offset adjustment, as z. In 3 is illustrated, the DC component in the signal In or in the amplified signal Us can also be determined in a simple manner. This determination can again take place on the basis of the possible changes of the adjustment signal (upwm or pwm), but in addition additionally in phases of an unchanged adjustment signal, ie in 3 For example, in the phases up to t2, between t2 and t3, and after t3 and the amplified signal Us itself is to be used as the basis for determining the DC component. The z. B. occurring in the period between t2 and t3 increase in the DC component can also be seen in the amplified signal Us. When determining the DC component, the "jumps of the adjustment signal" to some extent form a coarse information that is supplemented by an evaluation (time averaging) of the amplified signal with a fine information.

Insbesondere können mit der erfindungsgemäßen Art und Weise der Ermittlung der aktuellen Rotorposition folgende Vorteile erzielt werden:

– Der Dynamikbereich der Signalverstärkung lässt sich stark erhöhen, wobei ein Verstärkungsfaktor (a) des Verstärkers (14) z. B. ausschließlich im Hinblick auf die zu verstärkende Welligkeitsamplitude angepasst werden kann (ohne Rücksicht auf etwaige Gleichanteilvariationen).
– Der Gleichanteil des verstärkten Signals (Us) kann trotzdem ermittelt werden (falls dies eine interessante Information darstellt). Beispielsweise kann der Gleichanteil durch die Auswerteeinrichtung auf Basis des eingestellten PWM-Tastverhältnisses (allgemein: auf Basis des Einstellsignals) ermittelt (z. B. errechnet) werden.
– Eine zuverlässige Erfassung der Rotorposition kann mit geringem Schaltungsaufwand realisiert werden.
– Der Gleichanteil des verstärkten Signals kann je nach Bedarf mehr oder weniger stark und z. B. softwaremäßig unterdrückt werden.

In particular, the following advantages can be achieved with the method according to the invention for determining the current rotor position:

- The dynamic range of the signal amplification can be greatly increased, with a gain factor (a) of the amplifier ( 14 ) z. B. only with regard to the ripple amplitude to be amplified can be adjusted (regardless of any Gleichanteilvariationen).
- The DC component of the amplified signal (Us) can nevertheless be determined (if this represents interesting information). For example, the DC component can be determined (for example, calculated) by the evaluation device on the basis of the set PWM duty cycle (in general: based on the adjustment signal).
- A reliable detection of the rotor position can be realized with little circuit complexity.
- The DC component of the amplified signal can be more or less strong as needed and z. B. be suppressed by software.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

MM: Elektromotorelectric motor
UmAround: Motorspannungmotor voltage
Imin the: Motorstrommotor current
1010: Schaltungsanordnungcircuitry
1212: Messschaltungmeasuring circuit
UimUim: Signalsignal
1414: Verstärkeramplifier
UsUs: Verstärktes SignalAmplified signal
UpwmUpwm: Offset-EinstellsignalOffset adjustment
1616: Auswerteeinrichtungevaluation
SS: Auswerteergebnisevaluation result
pwmpwm: PWM-TastverhältnisPWM duty cycle
tt: ZeitTime

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005018526 B4 [0002, 0043]
EP 0890841 B1 [0002, 0043]

Claims

Circuit arrangement ( 10 ) for determining the current position, in particular rotational angular position, of a rotor of an electric motor (M), comprising - a measuring circuit ( 12 ; R1, K1) for providing a signal (Uim) based on a measurement of a motor current (Im) and / or a motor voltage (Um) of the electric motor (M), - an amplifier ( 14 ; R2, OPAMP, K2, K3, R3, R4) for amplifying the signal (Uim) to produce an amplified signal (Us), - an evaluation device ( 16 ) for evaluating a ripple of the amplified signal (Us) to determine the current position of the rotor of the electric motor (M), characterized in that the amplifier ( 14 ; R2, OPAMP, K2, K3, R3, R4) is adapted to amplify the signal (Uim) with an adjustable signal offset, and that the circuit arrangement ( 10 ) further means ( 16-3 ) for adjusting the signal offset in dependence on the amplified signal (Us).

Circuit arrangement ( 10 ) according to claim 1, wherein the amplifier (R2, OPAMP, K2, K3, R3, R4) as an operational amplifier (OPAMP) with external circuitry (R2, K2, K3, R3, R4) is designed to define the amplifier characteristic.

Circuit arrangement ( 10 ) according to claim 2, wherein the means ( 16-3 ) comprise an adjustment signal source coupled to the external circuitry (R2, K2, K3, R3, R4) of the operational amplifier (OPAMP) for adjusting the signal offset.

Circuit arrangement ( 10 ) according to claim 2 or 3, wherein the means ( 16-3 ) for adjusting the signal offset comprise a voltage source coupled to the external circuitry (R2, K2, K3, R3, R4) of the operational amplifier (OPAMP) whose voltage (Upwm) via a resistor (R5) to a circuit node (K3) of the external circuitry (R2, K2, K3, R3, R4) is coupled.

Circuit arrangement ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the means ( 16-3 are configured to adjust the signal offset to adjust the signal offset continuously such that an average value of the amplified signal (Us) always in a central region of the circuit-technically predetermined output range of the amplifier (R2, OPAMP, K2, K3, R3, R4) remains.

Circuit arrangement ( 10 ) according to any one of claims 1 to 4, wherein the means ( 16-3 are configured to adjust the signal offset to gradually adjust the signal offset, wherein - in the case in which the amplified signal (Us) exceeds a lying in the upper region of the circuitry output signal range upper threshold, the signal offset is changed by a predetermined amount to to reduce the amount of the amplified signal (Us), and - in the case in which the amplified signal (Us) falls below a lower threshold of the circuitry output signal range, the signal offset is changed by a predetermined amount by the amount of amplified signal (Us) to enlarge.

Method for determining the current position, in particular rotational angle position, of a rotor of an electric motor (M), comprising the steps: Providing a signal (Uim) based on a measurement of a motor current (Im) and / or a motor voltage (Um) of the electric motor (M), Amplification of the signal (Uim) to produce an amplified signal (Us), Evaluation of a ripple of the amplified signal (Us) for determining the current position of the rotor of the electric motor (M), characterized in that an amplifier with an adjustable signal offset is used to amplify the signal (UIM) and the signal offset is set as a function of the amplified signal (Us).

Use of a circuit arrangement according to one of the claims 1 to 6 and / or a method according to claim 7 for the operation of an electromotively adjustable component in a vehicle.