DE102011078586A1 - Redundant determination of the rotational movement of an electric machine - Google Patents
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Abstract
Schaltung (2) zur Auswertung von Resolver-Sensorsignalen (28) in einem Fahrzeug, aufweisend einen Resolver-Sensor (4), eingerichtet zum Aufnehmen einer Drehbewegung eines Rotors (6) einer elektrischen Maschine (16), einen Resolver-Digitalkonverter-Schaltkreis (14), kommunikativ verbunden mit dem Resolver-Sensor (4), eingerichtet zum Ansteuern des Resolver-Sensors (4) und zur Auswertung der Resolver-Sensordaten (28) und ein Prozessorelement (12), aufweisend eine Datenanbindung (24a) an dem Resolver-Digitalkonverter-Schaltkreis (14) zur Übermittlung von ausgewerteten Resolver-Sensordaten, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessorelement (12) eine weitere Datenanbindung (24b) zur Übermittlung von weiteren Messdaten zur redundanten Verifikation der ausgewerteten Resolver-Sensordaten aufweist.Circuit (2) for evaluating resolver sensor signals (28) in a vehicle, comprising a resolver sensor (4) configured to receive a rotary movement of a rotor (6) of an electrical machine (16), a resolver digital converter circuit ( 14), communicatively connected to the resolver sensor (4), arranged for driving the resolver sensor (4) and for evaluating the resolver sensor data (28) and a processor element (12), comprising a data connection (24a) to the resolver Digital converter circuit (14) for transmitting evaluated resolver sensor data, characterized in that the processor element (12) has a further data connection (24b) for the transmission of further measurement data for redundant verification of the evaluated resolver sensor data.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Antriebe für Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Bestimmung einer Drehbewegung einer Elektromaschine. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltung zur Auswertung von Resolver-Sensorsignalen in einem Fahrzeug, ein Steuergerät für ein Fahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße Schaltung sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Automobil aufweisend eine erfindungsgemäße Schaltung und/oder ein erfindungsgemäßes Steuergerät. The present invention relates to drives for electric or hybrid vehicles. In particular, the present invention relates to a determination of a rotational movement of an electric machine. Furthermore, in particular, the present invention relates to a circuit for evaluating resolver sensor signals in a vehicle, a control device for a vehicle having a circuit according to the invention and a vehicle, in particular an automobile comprising a circuit according to the invention and / or an inventive control device.
Stand der TechnikState of the art
In Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen wird eine Antriebsleistung des Fahrzeuges, zumindest zum Teil, durch eine elektrische Maschine, somit einem Elektromotor bereitgestellt. Für eine bevorzugte Ansteuerung einer solchen Elektromaschine ist es meist hilfreich, genaue Informationen über den aktuellen Betriebszustand der elektrischen Maschine zu bestimmen. In electric or hybrid vehicles, a drive power of the vehicle is provided, at least in part, by an electric machine, thus an electric motor. For a preferred control of such an electric machine, it is usually helpful to determine accurate information about the current operating state of the electric machine.
Für eine solche Bestimmung findet meist ein sogenannter Resolver-Sensor an der elektrischen Maschine Verwendung, welcher eingesetzt wird, um Drehzahl und Winkelposition der Rotorlage einer elektrischen Maschine zu erfassen. For such a determination is usually a so-called resolver sensor on the electric machine use, which is used to detect rotational speed and angular position of the rotor position of an electric machine.
Drehzahl und Winkelposition sind für die Motorregelung von zentraler Bedeutung. Eine Auswertelogik findet Verwendung, um die vom Resolver-Sensor gelieferten Rohdaten derart auszuwerten, so dass die geforderten Messgrößen Drehzahl und Winkelposition an ein Steuergerät bereitgestellt werden, beispielsweise als digitale Datenwerte. Speed and angular position are of central importance for motor control. An evaluation logic is used to evaluate the raw data supplied by the resolver sensor in such a way that the required measured variables speed and angular position are provided to a control device, for example as digital data values.
Am Rotor
Die Amplituden der in den Wicklungen
Resolver-Sensor und Auswertelogik sind jedoch meist nur einfach vorhanden. Resolver sensor and Auswertelogik are usually only available.
Steuergerät
Resolver-Chip
Bereich
Die Resolver-Sensordaten
Der Resolver-Chip
Zwar kann die Auswertelogik eine einfache Diagnose der Resolver-Sensorsignale beinhalten, die verschiedene Fehlerarten der Resolver-Signale erkennt. Although the evaluation logic can include a simple diagnosis of the resolver sensor signals that detects different types of error resolver signals.
Diese Fehlerinformationen beinhalten regelmäßig jedoch keine Fehler, die innerhalb des Resolver-Chips auftreten, da diese nicht ausreichend detektierbar sind, bzw. der Resolver-Chip nicht über geeignet interne Vorkehrungen verfügt, um selbst seine einwandfreie Funktion überprüfen zu können. However, this error information regularly contains no errors that occur within the resolver chip because they are not sufficiently detectable, or the resolver chip does not have suitable internal precautions in order to be able to check even its proper function.
Somit lassen sich Fehler innerhalb der Auswertelogik selbst sowie der Datenübertragung zu einem weiterverarbeitenden Mikroprozessor eines Steuergerätes meist nicht erkennen. Zu diesen Fehlern gehören beispielsweise Registerfehler, Datenbitfehler, Adressierungsfehler der Auswertelogik, eingefrorene Daten, eine selbstständige Umkonfiguration der Auswertelogik, sowie Rechenwerkdefekte, etc. Thus, errors within the evaluation logic itself as well as the data transfer to a further processing microprocessor of a control unit usually can not be detected. These errors include, for example, register errors, data bit errors, addressing errors of the evaluation logic, frozen data, autonomous reconfiguration of the evaluation logic, as well as arithmetic unit defects, etc.
Derartige nicht detektierbare Fehler können somit in der Übermittlung von fehlerhaften Drehzahl- und Winkelwerten resultieren, welche jedoch trotzdem von einem nachfolgenden Steuergerät als gültig erachtet werden und in einer, dann fehlerhaften, Ansteuerung des Motors resultieren können. Eine derartige fehlerbehaftete Motorregelung kann somit zu einer solch fehlerhaften Ansteuerung der elektrischen Maschine führen, so dass diese eine nicht situationsadäquate Drehbewegung ausführt, bzw. mit einem ungewünschten Drehmoment arbeitet. Die Gefährdung "ungewollte Fahrzeug-Bewegung" bzw. "ungewollte Fahrzeug-Bewegungsrichtung" kann auch durch ein Versagen des Resolver-Chips verursacht werden.Such undetectable errors can thus result in the transmission of erroneous speed and angle values, which nevertheless are considered valid by a subsequent control device and can result in a, then faulty, control of the motor. A Such faulty motor control can thus lead to such a faulty control of the electric machine, so that this performs a situation-inadequate rotational movement, or works with an unwanted torque. The risk of "unwanted vehicle movement" or "unwanted vehicle movement direction" can also be caused by a failure of the resolver chip.
Eine derartige fehlerhafte Ansteuerung kann beispielsweise zu einem ungewollten Beschleunigen des Fahrzeuges, zur Blockierung der Antriebsachse, oder sogar zur Zerstörung der den Motor ansteuernden IGBTs führen. Such erroneous activation can, for example, lead to an unwanted acceleration of the vehicle, to the blocking of the drive axle, or even to the destruction of the motor-driving IGBTs.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung kann somit darin gesehen werden, Fehler innerhalb der Auswertelogik eines Resolver-Sensors sowie in der nachfolgenden Datenübertragung der ausgewerteten Sensorsignale von der Auswertelogik zu einem Mikroprozessor, beispielsweise eines Steuergerätes, zu erkennen und somit gefährliche Betriebszustände zu vermeiden.One aspect of the present invention can thus be seen to detect errors within the evaluation logic of a resolver sensor as well as in the subsequent data transmission of the evaluated sensor signals from the evaluation logic to a microprocessor, for example a control unit, and thus to avoid dangerous operating states.
Im Lichte dieses Aspekts wird eine Schaltung zur Auswertung von Resolver-Sensorsignalen in einem Fahrzeug, ein Steuergerät für ein Fahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße Schaltung, sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Automobil, aufweisend eine erfindungsgemäße Schaltung und/oder ein erfindungsgemäßes Steuergerät gemäß der unabhängigen Ansprüche bereitgestellt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. In the light of this aspect, a circuit for evaluating resolver sensor signals in a vehicle, a control device for a vehicle having a circuit according to the invention, and a vehicle, in particular an automobile, comprising a circuit according to the invention and / or a control device according to the invention are provided according to the independent claims , Preferred embodiments will be apparent from the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit die redundante Detektion einer Drehzahl, einer Drehrichtung, sowie Winkelposition bzw. die Überprüfung von von einem Resolver-Chip gelieferten Informationen anhand weiterer Kenngrößen eines Fahrzeuges. The present invention thus relates to the redundant detection of a rotational speed, a direction of rotation, and angular position or the verification of information supplied by a resolver chip on the basis of further characteristics of a vehicle.
Zur redundanten Detektion der Drehzahl kann beispielsweise eines der vom Resolver-Sensor gelieferten analogen Signale durch eine separate elektronische Schaltung derart bearbeitet bzw. demoduliert werden, so dass aus dem gelieferten Amplitudensignal ein digitales Frequenzsignal erzeugt wird. Ein derartiges Frequenzsignal kann somit über dessen Frequenz die Rotordrehzahl bereitstellen, zumindest mittels einer der Rotordrehzahl proportionalen Information. For redundant detection of the rotational speed, for example, one of the analog signals supplied by the resolver sensor can be processed or demodulated by a separate electronic circuit such that a digital frequency signal is generated from the supplied amplitude signal. Such a frequency signal can thus provide the rotor speed via its frequency, at least by means of a rotor speed proportional information.
Diese der Rotordrehzahl proportionale Frequenz kann über eine weitere Datenanbindung dem Mikroprozessor eines Steuergerätes zugeführt werden. Der Mikroprozessor kann daraufhin diese Information mit der vom Resolver-Chip direkt gelieferten Information vergleichen und dabei beispielsweise ein Abweichen der beiden Informationen und somit einen Fehlerfall detektieren. This rotor speed proportional frequency can be supplied via a further data connection to the microprocessor of a control unit. The microprocessor can then compare this information with the information directly supplied by the resolver chip and thereby detect, for example, a deviation of the two information and thus an error.
Wird nicht nur eines der vom Resolver-Sensor bereitgestellten Signale, sondern beide analogen Resolver-Signale durch separate elektronische Schaltungen derart moduliert, so dass zwei digitale Frequenzsignale erzeugt werden, kann aus der Phasenlage der beiden Signale zueinander ebenso die Drehrichtung des Rotors bestimmt werden. Auch diese Information kann über eine weitere Datenanbindung dem Mikroprozessor eines Steuergerätes zur Verfügung gestellt werden, um die korrekte Auswertung der Resolver-Sensorsignale zu verifizieren. In diesem Fall wird insbesondere eine phasenrichtige Demodulation der Resolver-Sensorsignale in Bezug auf das Referenzsignal des Mikroprozessors verwendet. If not only one of the signals provided by the resolver sensor, but both analog resolver signals modulated by separate electronic circuits so that two digital frequency signals are generated, the direction of rotation of the rotor can be determined from the phase relationship of the two signals to each other. This information can also be made available to the microprocessor of a control unit via a further data connection in order to verify the correct evaluation of the resolver sensor signals. In this case, an in-phase demodulation of the resolver sensor signals with respect to the reference signal of the microprocessor is used in particular.
Als Demodulationsschaltung kann eine geeignete Amplituden-Demodulationsschaltung verwendet werden. Diese kann beispielsweise unter Verwendung eines Verstärkerelementes, eines Diodenelementes bzw. allgemein eines Gleichrichtungselementes, eines Filterelementes, insbesondere Tiefpass-Filterelementes oder mittels eines Schmitt-Triggerelementes realisiert sein. Durch Verwendung eines Demodulationselementes kann ein Fehler in der Auswertelogik durch Vergleich der Frequenz des demodulierten Digitalsignals mit der Rotordrehzahl, wie von dem Resolver-Chip geliefert, erkannt werden. As the demodulation circuit, a suitable amplitude demodulation circuit can be used. This can be realized for example by using an amplifier element, a diode element or generally a rectification element, a filter element, in particular low-pass filter element or by means of a Schmitt trigger element. By using a demodulation element, an error in the evaluation logic can be detected by comparing the frequency of the demodulated digital signal with the rotor speed as provided by the resolver chip.
Bei der Verwendung von zwei Demodulationselementen kann ein Fehler in der Auswertelogik durch einen Vergleich der Frequenz der Digitalsignale mit der Rotordrehzahl sowie durch einen Vergleich der Drehrichtung aus den Digitalsignalen sowie dem Vorzeichen der Drehzahl der Resolver-Sensordaten erkannt werden.When using two demodulation elements, an error in the evaluation logic can be detected by comparing the frequency of the digital signals with the rotor speed and by comparing the direction of rotation of the digital signals and the sign of the speed of the resolver sensor data.
Auch kann eine Berechnung von Drehzahl, Drehrichtung und Winkelposition anstatt mit separaten Demodulationselementen mittels eines weiteren Prozessorelementes, beispielsweise eines digitalen Signalprozessors (DSP) durchgeführt werden. A calculation of rotational speed, direction of rotation and angular position can also be carried out by means of a further processor element, for example a digital signal processor (DSP), instead of with separate demodulation elements.
Hierzu wird ein geeigneter digitaler Signalprozessor mit den beiden analogen Resolver-Sensorsignalen sowie dem Referenzsignal beaufschlagt und bildet hierdurch eine separate, redundante Datenverarbeitung und Datenauswertung aus. Die analogen Resolver-Signale zusammen mit dem Referenzsignal können somit im DSP bzw. in einem zweiten Mikroprozessor oder auch unter Verwendung eines Software-Mikroprozessors als Teil eines Complex Programmable Logic Device (CPLD) durch entsprechende Software ausgewertet werden. For this purpose, a suitable digital signal processor with the two analog resolver sensor signals and the reference signal is applied and thereby forms a separate, redundant data processing and data evaluation. The analog resolver signals together with the reference signal can thus be evaluated in the DSP or in a second microprocessor or else by using a software microprocessor as part of a Complex Programmable Logic Device (CPLD) by appropriate software.
Die separate Datenverarbeitung im DSP bzw. die hierzu verwendete Software bildet dabei beispielsweise die Funktionalität der Auswertelogik des Resolver-Chips nach und vermag somit unabhängig von und redundant zu diesem Drehzahl, Drehrichtung und Winkelposition bestimmen. The separate data processing in the DSP or the software used for this purpose, for example, the functionality of the evaluation logic of the resolver chip after and thus independent of and redundant to determine this speed, direction of rotation and angular position.
Diese zweiten Werte können nun mit den vom Resolver-Chip gelieferten Werten verglichen werden, um hierdurch Fehler in der Auswertelogik zu erkennen. Der Mikroprozessor, an welchem sowohl der Resolver-Chip als auch die separate Datenverarbeitungseinheit (DSP oder CPLD) angeschlossen ist, kann somit durch einen Vergleich der Drehzahlwerte, der Drehrichtung, zum Beispiel Vorzeichen der Drehzahl, sowie durch einen Vergleich der Winkelwerte einen Unterschied detektieren und somit einen Fehler feststellen.These second values can now be compared with the values supplied by the resolver chip in order to detect errors in the evaluation logic. The microprocessor, to which both the resolver chip and the separate data processing unit (DSP or CPLD) is connected, can thus detect a difference by comparing the rotational speed values, the direction of rotation, for example signs of the rotational speed, and by comparing the angle values thus discovering an error.
Die Verifikation der einwandfreien Funktion eines Resolver-Chips lässt sich jedoch auch durch weitere Fahrzeugdaten, welche nicht vom Resolver-Sensor geliefert werden, bereitstellen. Insbesondere eine Drehzahl kann unter Verwendung eines externen Steuergerätes überprüft werden. However, the verification of the proper functioning of a resolver chip can also be provided by further vehicle data that is not supplied by the resolver sensor. In particular, a speed can be checked using an external control unit.
Hierzu kann insbesondere eine zur elektrischen Maschinendrehzahl mechanisch korrelierte Drehzahl von einem anderen Steuergerät durch eine separate Sensorik gemessen werden. Verwendbar ist beispielsweise die Raddrehzahl, geliefert von einem ESP- bzw. ABS-Steuergerät mit der über ein festes Getriebe verbundenen elektrischen Maschine oder aber auch die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors, geliefert vom Motorsteuergerät. Eine solche Drehzahl-Information kann nachfolgend über eine Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise über einen CAN-Bus oder FlexRay an das Motorsteuergerät der elektrischen Maschine weitergegeben werden. For this purpose, in particular, a speed mechanically correlated with the electrical machine speed can be measured by another control unit by a separate sensor system. Usable is, for example, the wheel speed supplied by an ESP or ABS control unit with the connected via a fixed gear electric machine or even the engine speed of the engine, supplied by the engine control unit. Such rotational speed information can subsequently be forwarded to the engine control unit of the electrical machine via a communication interface, for example via a CAN bus or FlexRay.
Durch einen nachfolgenden Vergleich der vom Resolver-Chip gelieferten Resolver-Sensor-Drehzahl mit der extern gemessenen Drehzahl kann der Drehzahlwert des Resolver-Chips auf seine Korrektheit bzw. Plausibilität überprüft werden. By a subsequent comparison of the Resolver sensor speed supplied by the resolver chip with the externally measured speed, the speed value of the resolver chip can be checked for its correctness or plausibility.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigenShow it
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Weiter Bezug nehmend auf
Aufgrund der zuvor beschriebenen Funktionalität des Resolver-Sensors
Ein Demodulationselement im Kontext der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine normale bzw. vereinfachte Frequenz-Demodulationsschaltung sein. Diese kann z.B. als ein Verstärkerelement, eine Diode, eine Gleichrichterschaltung, ein Tiefpassfilter oder ein Schmitt-Trigger-Element realisiert sein.In particular, a demodulation element in the context of the present invention may be a normal frequency demodulation circuit. This can e.g. be implemented as an amplifier element, a diode, a rectifier circuit, a low-pass filter or a Schmitt trigger element.
Demodulationselement
Weiter Bezug nehmend auf
Die Anordnung der
Jedes Demodulatorelement
Weiter Bezug nehmend auf
Im digitalen Signalprozessor kann nun beispielsweise die Funktionalität eines Resolver-Chips in Software nachgebildet werden. Somit können Informationen vergleichbar denen, die Resolver-Chip
Weiter Bezug nehmend auf
Im Wesentlichen erfolgt in
Über Datenanbindung
Diese Informationen können zusammen mit dem vom Resolver-Chip
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
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Effective date: 20150203 |