DE102010023387A1 - Method for compensating sensing error of sensor, involves correcting output signal of rotor position detecting sensor by using correction signal - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation eines Sensorfehlers, insbesondere zur Kompensation eines systematischen Fehlers eines Rotorlagesensors.The invention relates to a method and a device for compensating a sensor error, in particular for compensating for a systematic error of a rotor position sensor.
Elektromechanische Lenksysteme, insbesondere das so genannte rack-concentric electric power steering (RC-EPS), verfügen über einen elektrischen Servomotor, welcher in der Regel elektrisch kommutiert wird. Der Servomotor bringt hierbei ein Unterstützungsmoment auf eine Lenksäule oder vorzugsweise eine Zahnstange der elektromechanischen Lenkung auf. Zur Regelung des Unterstützungsmoments wird u. a. eine aktuelle Rotorlage eines Rotors des Servomotors benötigt. Hierbei wird eine solche Rotorlage mittels eines Rotorlagesensors oder eines so genannten Resolvers bestimmt.Electromechanical steering systems, in particular the so-called rack-concentric electric power steering (RC-EPS), have an electric servomotor, which is usually commuted electrically. The servo motor in this case brings a support torque on a steering column or preferably a rack of electromechanical steering. To regulate the assist torque u. a. a current rotor position of a rotor of the servomotor needed. In this case, such a rotor position is determined by means of a rotor position sensor or a so-called resolver.
Durch verschiedene Einflüsse, z. B. durch Temperaturschwänkungen, Verschmutzung oder konstruktionsbedingte Einflüsse, werden die Ausgangssignale eines solchen Resolvers gegenüber idealen, d. h. fehlerfreien, Ausgangssignalen verfälscht. Hierdurch wird eine fehlerbehaftete Rotorlage des Rotors bestimmt und eine Regelung des Unterstützungsmoments qualitativ verschlechtert. Der Fehler in dem Ausgangssignal des Resolvers ist hierbei systematischer Natur und somit für jedes einzelne elektromechanische Lenksystem reproduzierbar.Through various influences, eg. B. by temperature changes, contamination or design-related influences, the output signals of such a resolver to ideal, d. H. error-free, output signals falsified. As a result, a faulty rotor position of the rotor is determined and a regulation of the assist torque deteriorated qualitatively. The error in the output signal of the resolver is in this case of a systematic nature and thus reproducible for each individual electromechanical steering system.
Die
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation eines Sensorfehlers, insbesondere eines Fehlers eines Rotorlagesensors einer elektromechanischen Lenkung, zu schaffen, welche eine verbesserte dynamische Kompensation des Sensorfehlers ermöglicht.The technical problem arises of providing a method and a device for compensating a sensor error, in particular a fault of a rotor position sensor of an electromechanical steering system, which enables an improved dynamic compensation of the sensor error.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem arises from the objects with the features of
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Kompensation eines Sensorfehlers eines Sensors, wobei der Sensor eine Rotorlage eines Rotors erfasst. Insbesondere kann der Sensor eine Rotorlage eines Rotors eines Servomotors in einem elektromechanischen Lenksystem erfassen. Hierbei kann der Sensor auch als sogenannter Resolver bezeichnet werden. Weiter wird mindestens ein Ausgangssignal des Sensors mittels mindestens eines Korrektursignals korrigiert. Beispielsweise kann das Korrektursignal zu dem mindestens einen Ausgangssignal des Sensors hinzuaddiert oder von diesem subtrahiert werden.Proposed is a method for compensating a sensor error of a sensor, wherein the sensor detects a rotor position of a rotor. In particular, the sensor can detect a rotor position of a rotor of a servomotor in an electromechanical steering system. In this case, the sensor can also be referred to as a so-called resolver. Furthermore, at least one output signal of the sensor is corrected by means of at least one correction signal. For example, the correction signal can be added to or subtracted from the at least one output signal of the sensor.
Das mindestens eine Korrektursignal wird in Abhängigkeit mindestens einer dynamisch veränderbaren Berechnungsvorschrift bestimmt. Hierbei können insbesondere Parameter der Berechnungsvorschrift zur Laufzeit des Verfahrens, also zeitabhängig, verändert werden. Die Berechnungsvorschrift kann beispielsweise ein mathematisches Modell des Ausgangssignals des Sensors darstellen. Das mathematische Modell kann hierbei z. B. physikalische Messprinzipien des Sensors zur Erfassung der Rotorlage berücksichtigen.The at least one correction signal is determined as a function of at least one dynamically changeable calculation rule. In particular, parameters of the calculation rule can be changed during runtime of the method, ie, time-dependent. For example, the calculation rule can represent a mathematical model of the output signal of the sensor. The mathematical model can be z. B. consider physical measuring principles of the sensor for detecting the rotor position.
Erfindungsgemäß wird mindestens ein Parameter der dynamisch veränderbaren Berechnungsvorschrift mittels eines Korrekturglieds eingestellt, wobei das Korrekturglied den mindestens einen Parameter in Abhängigkeit des mindestens einen Korrektursignals einstellt. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine dynamische Kompensation des Sensorfehlers ermöglicht, wobei der Sensorfehler ein systematischer Fehler ist. Insbesondere können somit von Temperaturänderungen abhängige Sensorfehler, von einer Eingangsspannungsänderung des Sensors abhängige Sensorfehler oder von weiteren Änderungen abhängige Sensorfehler zur Laufzeit mit einer ausreichenden Kompensationsgüte kompensiert werden. Hierzu wird insbesondere die Berechnungsvorschrift bzw. mindestens ein Parameter der Berechnungsvorschrift angepasst. Ändert sich z. B. das Korrektursignal innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums stärker als ein vorbestimmtes Maß, so kann angenommen werden, dass Ursachen eingetreten sind oder sich verändert haben, die zu einer Verfälschung des Ausgangssignals des Sensors führen. Steigt oder sinkt das Korrektursignal z. B. innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums mehr als ein vorbestimmter Prozentsatz, so können Ursachen für einen systematischen Sensorfehler eingetreten oder sich verändert haben.According to the invention, at least one parameter of the dynamically changeable calculation rule is set by means of a correction element, wherein the correction element adjusts the at least one parameter as a function of the at least one correction signal. As a result, a dynamic compensation of the sensor error is made possible in an advantageous manner, wherein the sensor error is a systematic error. In particular, sensor errors dependent on temperature changes, sensor errors dependent on an input voltage change of the sensor or sensor errors dependent on further changes can be compensated for at runtime with a sufficient compensation quality. In particular, the calculation rule or at least one parameter of the calculation rule is adapted for this purpose. Changes z. For example, if the correction signal is stronger than a predetermined amount within a predetermined period of time, it can be assumed that causes have occurred or changed that lead to a falsification of the output signal of the sensor. If the correction signal rises or falls z. B. within a predetermined period of time more than a predetermined percentage, so can causes for a systematic sensor errors have occurred or have changed.
In einer weiteren Ausführungsform wird das mindestens eine Korrektursignal als Differenz des mindestens einen Ausgangssignals des Sensors und mindestens eines Ausgangssignals einer Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes berechnet, wobei die Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes mittels der dynamisch veränderbaren Berechnungsvorschrift das mindestens eine Ausgangssignal des Sensors schätzt. Hierbei erfolgt eine Schätzung des Wertes des Ausgangssignals mittels der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes zur Laufzeit des Verfahrens. Die Berechnungsvorschrift kann hierbei beispielsweise eine modellbasierte Berechnungsvorschrift sein, wobei die Berechnungsvorschrift auf einem dynamischen Modell des Sensors beruht. Die Berechnungsvorschrift kann hierbei den Schätzwert in Abhängigkeit eines Zeitverlaufs schätzen. Die Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes kann hierbei auch als so genannter Störgrößenbeobachter bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Ausgangssignal des Sensors einen sinusförmigen Verlauf über einer Laufzeit aufweisen, falls der Rotor rotiert. Ein dynamisches Modell des Ausgangssignals des Sensors ist dann z. B. mittels
Die Berechnungsvorschrift kann hierbei beispielsweise auf einem so genannten Kalman-Filter, insbesondere einem nichtlinearen Kalman-Filter (Extended Kalman-Filter, Unscented Kalman-Filter) beruhen. Mittels des Kalman-Filters wird ein Schätzwert M1 des Ausgangssignals S1 des Sensors geschätzt. Abhängig von der Differenz zwischen dem Schätzwert M1 und dem Ausgangssignal S1, also dem Korrektursignal K1, werden hierbei die Parameter der Berechnungsvorschrift angepasst. Durch die modellbasierte Berechnung eines Schätzwertes und somit eines Korrektursignals ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte dynamische Anpassung der Kompensation eines Sensorfehlers.The calculation rule can be based, for example, on a so-called Kalman filter, in particular a Kalman non-linear filter (extended Kalman filter, unscented Kalman filter). By means of the Kalman filter, an estimated value M1 of the output signal S1 of the sensor is estimated. Depending on the difference between the estimated value M1 and the output signal S1, that is, the correction signal K1, the parameters of the calculation rule are adapted in this case. The model-based calculation of an estimated value and thus of a correction signal advantageously results in an improved dynamic adaptation of the compensation of a sensor error.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Eingangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Korrektursignals das mindestens eine Ausgangssignal des Sensors. Ein weiteres Eingangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes kann ein aktueller Zeitpunkt sein.In a further embodiment, an input signal of the unit for determining a correction signal is the at least one output signal of the sensor. Another input to the unit for determining an estimate may be a current time.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein erstes sinusförmiges Ausgangssignal des Sensors mittels eines ersten Korrektursignals und ein zweites sinusförmiges Ausgangssignal des Sensors mittels eines zweiten Korrektursignals korrigiert, wobei das erste Ausgangssignal dem zweiten Ausgangssignal um 90° phasenversetzt voreilt. Ist das erste Ausgangssignal sinusförmig, so ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine korrigierte Rotorlage des Rotors mittels einer arctan-Funktion berechnet werden kann, wobei sich das Argument der arctan-Funktion als Quotient des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals bestimmt. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine eineindeutige Bestimmung der Rotorlage erfolgen.In a further embodiment, a first sinusoidal output signal of the sensor is corrected by means of a first correction signal and a second sinusoidal output signal of the sensor by means of a second correction signal, wherein the first output signal leads the second output signal by 90 ° out of phase. If the first output signal is sinusoidal, it results in an advantageous manner that a corrected rotor position of the rotor can be calculated by means of an arctan function, wherein the argument of the arctan function is determined as the quotient of the first sensor signal and the second sensor signal. As a result, an unambiguous determination of the rotor position can be carried out in an advantageous manner.
Hierfür können z. B. bekannte Sensoren bzw. Resolver verwendet werden, die z. B. zwei um 90° räumlich versetzt angeordnete Wicklungen umfassen, die in Abhängigkeit einer Rotation des Rotors das erste und das zweite Sensorsignal erzeugen. Hierbei kann die erste Wicklung als so genannte Sinus-Wicklung und die zweite Wicklung als sogenannte Kosinus-Wicklung bezeichnet werden. Im Idealfall weist das erste Sensorsignal somit einen reinen sinusförmigen Verlauf und das zweite Sensorsignal einen rein kosinusförmigen Verlauf auf.For this purpose, for. B. known sensors or resolvers are used, the z. B. two offset by 90 ° spatially arranged windings, which generate the first and the second sensor signal in response to rotation of the rotor. Here, the first winding may be referred to as a so-called sine winding and the second winding as a so-called cosine winding. Ideally, the first sensor signal thus has a purely sinusoidal course and the second sensor signal has a purely cosinusoidal course.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein erstes Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes als X-Koordinate eines Punktes auf einem idealisierten Kreis und ein zweites Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes als Y-Koordinate des Punktes auf dem idealisierten Kreis bestimmt. Hierbei bestimmt sich der Punkt auf dem idealisierten Kreis in Abhängigkeit einer minimalen geometrischen Differenz zwischen einem Messpunkt und dem Punkt des idealisierten Kreises, wobei der Messpunkt als X-Koordinate das erste Ausgangssignal des Sensors und als Y-Koordinate das zweite Ausgangssignal des Sensors aufweist. Wird in einem kartesischen Koordinatensystem mit einer X-Achse und einer Y-Achse das zweite Ausgangssignal des Sensors (Y-Wert) über dem ersten Ausgangssignal des Sensors (X-Wert) aufgetragen, so ergibt sich bei einer fehlerfreien Erfassung der Rotorlage der idealisierte Kreis. Liegen jedoch systematische Fehler bei der Erfassung der Rotorlage vor, so weicht eine geometrische Form eines zeitlichen Verlaufs der Messpunkte eine von dem idealisierten Kreis abweichende Form, insbesondere eine ellipsoide Form, auf. Die Größe des systematischen Fehlers ist hierbei abhängig von einer Abweichung bzw. einer geometrischen Differenz zwischen dem Messpunkt und einem Punkt des idealisierten Kreises. Das erste und zweite Korrektursignal werden dann als Differenz zwischen dem ersten Ausgangssignal des Sensors und dem ersten Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes bzw. der Differenz zwischen dem zweiten Ausgangssignal des Sensors und dem zweiten Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes bestimmt. Durch die Abhängigkeit der Bestimmung des ersten und zweiten Ausgangssignals der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes von einem idealisierten Kreis ergibt sich in vorteilhafter Weise eine robuste, einfach zu implementierende und zuverlässige Bestimmung des Korrektursignals.In a further embodiment, a first output signal of the unit for determining an estimated value is determined as the X-coordinate of a point on an idealized circle and a second output signal of the unit for determining an estimated value as the Y-coordinate of the point on the idealized circle. In this case, the point on the idealized circle is determined as a function of a minimum geometric difference between a measuring point and the point of the idealized circle, wherein the measuring point has the first output signal of the sensor as X-coordinate and the second output signal of the sensor as Y-coordinate. Is the second output signal of the sensor (Y-value) above the first output signal of the sensor (X-value) in a Cartesian coordinate system with an X-axis and a Y-axis applied, results in an error-free detection of the rotor position of the idealized circle. However, if there are systematic errors in the detection of the rotor position, a geometric shape of a temporal course of the measuring points deviates from a shape deviating from the idealized circle, in particular an ellipsoidal shape. The size of the systematic error is dependent on a deviation or a geometric difference between the measuring point and a point of the idealized circle. The first and second correction signals are then determined as the difference between the first output signal of the sensor and the first output signal of the unit for determining an estimate or the difference between the second output signal of the sensor and the second output signal of the unit for determining an estimated value. The dependence of the determination of the first and second output signals of the unit for determining an estimated value of an idealized circuit advantageously results in a robust, easily implemented and reliable determination of the correction signal.
Hierbei kann die minimale geometrische Differenz eine minimale Differenz entlang einer X-Achse des vorhergehend erwähnten kartesischen Koordinatensystems oder eine minimale Differenz entlang einer Y-Achse oder eine kleinste quadratische Differenz zwischen den Koordinaten des Messpunktes und des Punktes des idealisierten Kreises sein. Die Art der Bestimmung der minimalen geometrischen Differenz legt hierbei fest, welcher Punkt des idealisierten Kreises dem Messpunkt entsprechen soll. Ist beispielsweise bekannt, dass nur das erste Ausgangssignal des Sensors einem systematischen Fehler unterliegt, so kann das erste Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes als eine X-Koordinate des Punktes des idealisierten Kreises bestimmt werden, dessen geometrischer Abstand zur X-Koordinate des Messpunktes minimal ist. Analog erfolgt das Bestimmen des zweiten Ausgangssignals der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes als eine Y-Koordinate des Punktes des idealisierten Kreises, dessen geometrischer Abstand zur Y-Koordinate des Messpunktes minimal ist, falls bekannt ist, dass ein systematischer Fehler nur im zweiten Ausgangssignal des Sensors vorliegt. Liegt ein systematischer Fehler für beide Ausgangssignale des Sensors vor, so wird vorzugsweise die Differenz als kleinste quadratische Differenz der Koordinaten des Messpunktes und des Punktes des idealisierten Kreises bestimmt.Here, the minimum geometric difference may be a minimum difference along an X-axis of the aforementioned Cartesian coordinate system or a minimum difference along a Y-axis or a smallest quadratic difference between the coordinates of the measurement point and the point of the idealized circle. The way of determining the minimum geometric difference determines which point of the idealized circle should correspond to the measuring point. For example, if it is known that only the first output signal of the sensor is subject to a systematic error, the first output signal of the unit for determining an estimate can be determined as an X coordinate of the point of the idealized circle whose geometric distance from the X coordinate of the measurement point is minimal is. Similarly, determining the second output of the estimated estimate unit is a Y-coordinate of the point of the idealized circle whose geometric distance from the Y-coordinate of the measurement point is minimal, if it is known that a systematic error occurs only in the second output of the sensor is present. If there is a systematic error for both output signals of the sensor, the difference is preferably determined as the smallest quadratic difference of the coordinates of the measuring point and the point of the idealized circle.
Hierbei weist der Messpunkt die Koordinaten (S1, S2) auf, wobei S1 das erste Ausgangssignal des Sensors und S2 das zweite Ausgangssignal des Sensors bezeichnet. Die Koordinaten des idealisierten Kreises ergeben sich durch
In einer weiteren Ausführungsform kann das Korrekturglied die Amplitude A und/oder den Phasenversatz δ und/oder die Kreisfrequenz ω in der ersten und zweiten Koordinatengleichung einstellen.In a further embodiment, the correction element may set the amplitude A and / or the phase offset δ and / or the angular frequency ω in the first and second coordinate equations.
Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Kompensation eines Sensorfehlers eines Sensors, wobei mittels des Sensors eine Rotorlage eines Rotors erfassbar ist, wobei mindestens ein Ausgangssignal des Sensors mittels eines Korrektursignals korrigierbar ist, wobei das mindestens eine Korrektursignal in Abhängigkeit mindestens einer dynamisch veränderbaren Berechnungsvorschrift bestimmbar ist. Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Parameter der dynamisch veränderbaren Berechnungsvorschrift mittels eines Korrekturglieds einstellbar, wobei das Korrekturglied den mindestens einen Parameter in Abhängigkeit des mindestens einen Korrektursignals einstellt. Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung ist eines der vorhergehend erläuterten Verfahren durchführbar.Further proposed is a device for compensating a sensor error of a sensor, wherein by means of the sensor, a rotor position of a rotor can be detected, wherein at least one output signal of the sensor is correctable by means of a correction signal, wherein the at least one correction signal in response to at least one dynamically changeable calculation rule can be determined. According to the invention, the at least one parameter of the dynamically changeable calculation rule can be set by means of a correction element, the correction element setting the at least one parameter as a function of the at least one correction signal. By means of the proposed device, one of the previously explained methods is feasible.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The figures show:
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Einheit zur Bestimmung eines SchätzwertesUnit for determining an estimated value
- 33
- Korrekturgliedcorrection term
- 44
- RotorlagesensorRotor position sensor
- 55
- Ellipseellipse
- 66
- idealisierter Kreisidealized circle
- S1S1
- erstes Ausgangssignal des Rotorlagesensorsfirst output signal of the rotor position sensor
- S2S2
- zweites Ausgangssignal des Rotorlagesensorssecond output signal of the rotor position sensor
- M1M1
- erstes Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertesfirst output of the unit for determining an estimate
- M2M2
- zweites Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertessecond output of the unit for determining an estimate
- K1K1
- erste Korrektursignalfirst correction signal
- K2K2
- zweites Korrektursignalsecond correction signal
- S1K S1 K
- erstes korrigiertes Ausgangssignal des Rotorlagesensorsfirst corrected output signal of the rotor position sensor
- S2K S2K
- zweites korrigiertes Ausgangssignal des Rotorlagesensorssecond corrected output signal of the rotor position sensor
- AA
- Amplitudeamplitude
- ωω
- Kreisfrequenzangular frequency
- δδ
- Phasenversatzphase displacement
- PS P S
- Messpunktmeasuring point
- PM P M
- Punkt des idealisierten KreisesPoint of the idealized circle
- P1M P1 M
- Punkt des idealisierten KreisesPoint of the idealized circle
- P2M P2 M
- Punkt des idealisierten KreisesPoint of the idealized circle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication |