DE102014211563A1

DE102014211563A1 - Arrangement and method for sensorless position determination of a drive unit

Info

Publication number: DE102014211563A1
Application number: DE102014211563.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Gruber; Josef Forster
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2015-12-17
Also published as: WO2015193175A1

Abstract

Offenbart ist eine Anordnung mit einer Antriebseinheit (3) mit einem ersten Anschluss (31) und einem zweiten Anschluss (32), einer Differenzverstärkereinheit (43) mit einem ersten Eingangsanschluss, einem zweiten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss, einer Filtereinheit (53) und einer Controllereinheit (6). Die Differenzverstärkereinheit misst dabei eine Spannung an dem ersten Anschluss der Antriebseinheit und eine Spannung an dem zweiten Anschluss der Antriebseinheit und gibt ein Spannungsdifferenzsignal (S14) aus, welches die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spannung repräsentiert. Die Filtereinheit empfängt das Spannungsdifferenzsignal und gibt ein gefiltertes Spannungsdifferenzsignal (S15) aus. Die Controllereinheit empfängt das gefilterte Spannungsdifferenzsignal und bestimmt eine Position der Antriebseinheit anhand eines Modells der Antriebseinheit.Disclosed is an arrangement with a drive unit (3) having a first terminal (31) and a second terminal (32), a differential amplifier unit (43) having a first input terminal, a second input terminal and an output terminal, a filter unit (53) and a controller unit (6). The differential amplifier unit measures a voltage at the first terminal of the drive unit and a voltage at the second terminal of the drive unit and outputs a voltage difference signal (S14), which represents the difference between the first and the second voltage. The filter unit receives the voltage difference signal and outputs a filtered voltage difference signal (S15). The controller unit receives the filtered voltage difference signal and determines a position of the drive unit based on a model of the drive unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur sensorlosen Positionsbestimmung einer Antriebseinheit, insbesondere einer Antriebseinheit in einem elektrischen Verstellsystem.The invention relates to an arrangement and a method for sensorless position determination of a drive unit, in particular a drive unit in an electrical adjustment system.

In Fahrzeugen spielt der Fahr- und Bedienkomfort eine immer wichtigere Rolle. So werden heutzutage unterschiedlichste Komfortelektroniken in einem Fahrzeug vorgesehen. Dies können beispielsweise elektrische Verstellsysteme wie Sitzverstellungen oder Fensterheber sein. Verstellsysteme haben ein unbewegliches (statisches) Element und ein bewegliches Stellelement, dessen Position gegenüber dem unbeweglichen Element mittels einer Antriebseinheit verstellbar, also veränderbar ist. Dabei ist es erforderlich, dass die Position der Antriebseinheit bekannt ist.Driving and operating comfort plays an increasingly important role in vehicles. So today most different comfort electronics are provided in a vehicle. This can be, for example, electrical adjustment systems such as seat adjusters or windows. Adjustment systems have an immovable (static) element and a movable control element whose position relative to the immovable element by means of a drive unit adjustable, that is changeable. It is necessary that the position of the drive unit is known.

Die Position der Antriebseinheit kann beispielsweise mittels Sensoren an der Antriebseinheit bestimmt werden. Derartige Lösungen sind jedoch aufgrund der benötigten Sensoren nur aufwändig und kostenintensiv zu realisieren. Daher wurden Verfahren entwickelt, mittels derer die Position der Antriebseinheit ohne den Einsatz von Sensoren bestimmt werden kann (SLP: Sensorlose Positionsbestimmung, engl.: sensorless positioning). Hierbei wird ein ermittelter Motorstrom oder eine Motorspannung unter Verwendung eines Motormodells sowie adaptiver Algorithmen digital ausgewertet. Spezielle Sensoren für die Positionsbestimmung sowie deren meist aufwändige Verdrahtung sind bei der sensorlosen Positionsbestimmung nicht mehr nötig. Bei Anordnungen mit sensorloser Positionsbestimmung muss die Spannung jedoch möglichst genau gemessen werden, um die Position anschließend genau bestimmen zu können.The position of the drive unit can be determined for example by means of sensors on the drive unit. However, such solutions are only complex and cost-intensive to realize due to the required sensors. Therefore, methods have been developed by means of which the position of the drive unit can be determined without the use of sensors (SLP: sensorless positioning). In this case, a determined motor current or a motor voltage is digitally evaluated using a motor model and adaptive algorithms. Special sensors for determining the position and their usually complex wiring are no longer necessary in the sensorless position determination. In arrangements with sensorless position determination, however, the voltage must be measured as accurately as possible in order to then be able to determine the position accurately.

Ein Verfahren zur sensorlosen Positionserfassung einer Antriebseinheit ist beispielsweise aus der DE 10 2008 027 720 A1 bekannt.A method for sensorless position detection of a drive unit is for example from DE 10 2008 027 720 A1 known.

Bei den derzeit bekannten Verfahren zur sensorlosen Positionsbestimmung werden keine teuren Sensoren mehr benötigt, es werden jedoch zur genauen Spannungsmessung auch weiterhin verschiedenste Bauteile benötigt.The currently known methods for sensorless position determination no longer require expensive sensors, but for accurate voltage measurement, a wide variety of components are still required.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches unter Verwendung möglichst weniger Bauteile und somit möglichst kostengünstig die sensorlose Positionsbestimmung einer Antriebseinheit ermöglicht.The object of the present invention is to provide an arrangement and a method which, using as few components as possible and thus possible as inexpensively as possible, enables the sensorless position determination of a drive unit.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved by an arrangement according to claim 1 and a method according to claim 9. Embodiments and developments of the invention are the subject of dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Antriebseinheit mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, eine Differenzverstärkereinheit mit einem ersten Eingangsanschluss, einem zweiten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss, wobei die Differenzverstärkereinheit dazu ausgebildet ist, an dem ersten Eingangsanschluss ein erstes Spannungssignal, welches eine an dem ersten Anschluss der Antriebseinheit gemessene erste Spannung repräsentiert, und an dem zweiten Eingangsanschluss ein zweites Spannungssignal zu empfangen, welches eine an dem zweiten Anschluss der Antriebseinheit gemessene zweite Spannung repräsentiert, und ein Spannungsdifferenzsignal auszugeben, welches die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spannung repräsentiert. Die Anordnung umfasst weiterhin eine Filtereinheit die dazu ausgebildet ist, das Spannungsdifferenzsignal zu empfangen und ein gefiltertes Spannungsdifferenzsignal auszugeben und eine Steuereinheit bzw. Controllereinheit die dazu ausgebildet ist, das gefilterte Spannungsdifferenzsignal zu empfangen und eine Position der Antriebseinheit anhand eines Modells der Antriebseinheit zu bestimmen.An arrangement according to the invention comprises a drive unit having a first terminal and a second terminal, a differential amplifier unit having a first input terminal, a second input terminal and an output terminal, wherein the differential amplifier unit is configured to connect to the first input terminal a first voltage signal, one at the first terminal representing the first unit voltage measured at the drive unit, and receiving at the second input terminal a second voltage signal representing a second voltage measured at the second terminal of the drive unit and outputting a voltage difference signal representing the difference between the first and second voltages. The arrangement further comprises a filter unit configured to receive the voltage difference signal and to output a filtered voltage difference signal and a controller unit configured to receive the filtered voltage difference signal and to determine a position of the drive unit based on a model of the drive unit.

Eine derartige Anordnung benötigt nur wenige einfache Bauteile, um eine Position der Antriebseinheit zu bestimmen, und ist somit kostengünstig und einfach zu realisieren.Such an arrangement requires only a few simple components to determine a position of the drive unit, and is thus inexpensive and easy to implement.

Das gefilterte Spannungsdifferenzsignal ist ein analoges Signal. Die Controllereinheit kann daher einen Analog-Digital-Wandler aufweisen, um das analoge gefilterte Spannungsdifferenzsignal in ein digitales Signal zu wandeln.The filtered voltage difference signal is an analog signal. The controller unit may therefore include an analog-to-digital converter to convert the analog filtered voltage difference signal into a digital signal.

Die Position der Antriebseinheit kann anhand eines Modells der Antriebseinheit und unter Berücksichtigung der ermittelten Spannung der Antriebseinheit bestimmt werden.The position of the drive unit can be determined based on a model of the drive unit and taking into account the determined voltage of the drive unit.

Der Differenzverstärkereinheit kann eine Spannung als relativer Nullpunkt bereitgestellt werden. Die Spannung kann jedoch auch eine in der Anordnung gemessene Spannung sein, welche nicht zwangsläufig konstant ist.The differential amplifier unit may be provided with a voltage as a relative zero point. However, the voltage may also be a voltage measured in the device, which is not necessarily constant.

Die Filtereinheit kann dazu ausgebildet sein, störende hohe Frequenzen aus dem Spannungsdifferenzsignal herauszufiltern. Hierfür kann die Filtereinheit ein analoges Tiefpassfilter umfassen.The filter unit may be designed to filter out disturbing high frequencies from the voltage difference signal. For this purpose, the filter unit may comprise an analogue low-pass filter.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erstes Spannungssignal, welches eine an einem ersten Anschluss einer Antriebseinheit gemessene erste Spannung repräsentiert, und ein zweites Spannungssignal bereitgestellt, welches eine an einem zweiten Anschluss der Antriebseinheit gemessene zweite Spannung repräsentiert. Es wird weiterhin ein Spannungsdifferenzsignal bereitgestellt, welches die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spannung repräsentiert. Dieses Spannungsdifferenzsignal wird gefiltert und ein gefiltertes Spannungsdifferenzsignal bereitgestellt. Unter Berücksichtigung des gefilterten Spannungsdifferenzsignals kann dann eine Position der Antriebseinheit anhand eines Modells der Antriebseinheit bestimmt werden.In a method according to the invention, a first voltage signal, which represents a first voltage measured at a first terminal of a drive unit, and a second voltage signal, which represents a measured at a second terminal of the drive unit second voltage. There is further provided a voltage difference signal representing the difference between the first and second voltages. This voltage difference signal is filtered and a filtered voltage difference signal provided. Taking into account the filtered voltage difference signal, a position of the drive unit can then be determined on the basis of a model of the drive unit.

Das Spannungsdifferenzsignal kann von einer Differenzverstärkereinheit bereitgestellt werden. Um die Position der Antriebseinheit möglichst genau bestimmen zu können, kann eine Offset-Spannung der Differenzverstärkereinheit bestimmt und diese Offset-Spannung bei der Bestimmung der Position der Antriebseinheit mit berücksichtigt werden.The voltage difference signal may be provided by a differential amplifier unit. In order to be able to determine the position of the drive unit as accurately as possible, an offset voltage of the differential amplifier unit can be determined and this offset voltage taken into account in the determination of the position of the drive unit.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures of the drawings, wherein like elements are provided with the same reference numerals. It shows:

1 in einem Blockdiagramm eine Anordnung zur sensorlosen Bestimmung der Position einer Antriebseinheit; 1 in a block diagram, an arrangement for the sensorless determination of the position of a drive unit;

2 in einem Blockdiagramm eine weitere Anordnung zur sensorlosen Bestimmung der Position einer Antriebseinheit; und 2 in a block diagram, another arrangement for the sensorless determination of the position of a drive unit; and

3 in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zur sensorlosen Bestimmung der Position einer Antriebseinheit. 3 in a flowchart, a method for sensorless determination of the position of a drive unit.

Elektrische Verstellsysteme in Fahrzeugen, wie beispielsweise elektrische Fensterheber, Sitzverstellungen oder elektrisch betriebene Fahrzeugtüren, weisen ein unbewegliches (statisches) Element und ein bewegliches Stellelement auf, dessen Position gegenüber dem unbeweglichen Element mittels einer Antriebseinheit verstellbar ist. In derartigen Verstellsystemen ist es heutzutage meist unerlässlich, die Position der Antriebseinheit zu erfassen. Die Position der Antriebseinheit kann beispielsweise mittels geeigneter Sensoren erfasst werden. Eine solche Lösung ist unter anderem aufgrund der benötigten Sensoren jedoch sehr kostenaufwändig. Daher werden meist sensorlose Anordnungen zur Positionsbestimmung bevorzugt.Electrical adjustment systems in vehicles, such as power windows, seat adjusters or electrically operated vehicle doors, have an immovable (static) element and a movable actuator, whose position relative to the immovable element by means of a drive unit is adjustable. In such adjustment systems, it is nowadays usually essential to detect the position of the drive unit. The position of the drive unit can be detected, for example, by means of suitable sensors. However, such a solution is very costly, among other things due to the required sensors. Therefore, sensorless arrangements for position determination are usually preferred.

In 1 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung zur sensorlosen Positionsbestimmung dargestellt. Eine Antriebseinheit 3 wird dabei über eine H-Brücke angesteuert. Die H-Brücke weist eine erste Halbbrücke und eine zweite Halbbrücke auf. Die erste Halbbrücke umfasst einen ersten High-Side-Schalter 11 und einen ersten Low-Side-Schalter 21, welche in Reihe zwischen einen Anschluss für ein positives Potential V+ und einen Anschluss für ein negatives Potential V– geschaltet sind. Die zweite Halbbrücke umfasst einen zweiten High-Side-Schalter 12 und einen zweiten Low-Side-Schalter 22, welche ebenfalls in Reihe zwischen den Anschluss für ein positives Potential V+ und den Anschluss für ein negatives Potential V– geschaltet sind. Die Antriebseinheit 3 weist einen ersten Anschluss 31 und einen zweiten Anschluss 32 auf. Über den ersten Anschluss 31 ist die Antriebseinheit 3 mit einem gemeinsamen Schaltungsknoten des ersten High-Side-Schalters 11 und des ersten Low-Side-Schalters 21 und über den zweiten Anschluss 32 ist die Antriebseinheit 3 mit einem gemeinsamen Schaltungsknoten des zweiten High-Side-Schalters 21 und des zweiten Low-Side-Schalters 22 verbunden. Die Schalter 11, 12, 21, 22 der H-Brücke können als herkömmliche elektronische Schalter ausgebildet sein, wie beispielsweise als MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), IGBTs (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), JFETs (Sperrschicht-Feldeffekttransistor) oder ähnlichem.In 1 a block diagram of a sensorless position determination arrangement is shown. A drive unit 3 is controlled via an H-bridge. The H-bridge has a first half-bridge and a second half-bridge. The first half bridge includes a first high side switch 11 and a first low-side switch 21 which are connected in series between a terminal for a positive potential V + and a terminal for a negative potential V-. The second half-bridge includes a second high-side switch 12 and a second low-side switch 22 which are also connected in series between the terminal for a positive potential V + and the terminal for a negative potential V-. The drive unit 3 has a first connection 31 and a second connection 32 on. About the first connection 31 is the drive unit 3 with a common circuit node of the first high-side switch 11 and the first low-side switch 21 and over the second port 32 is the drive unit 3 with a common circuit node of the second high-side switch 21 and the second low-side switch 22 connected. The switches 11 . 12 . 21 . 22 The H-bridge may be formed as conventional electronic switches such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), JFETs (Junction Field Effect Transistor) or the like.

Eine erste Spannung der Antriebseinheit 3 wird an dem ersten Anschluss 31 gemessen. Ein erstes Spannungssignal S11, welches die erste gemessene Spannung repräsentiert, wird mittels eines ersten Verstärkers 41 der mit dem ersten Anschluss 31 der Antriebseinheit 3 verbunden ist verstärkt. Der erste Verstärker 41 empfängt somit das erste Spannungssignal S11 an einem Eingang und gibt ein erstes verstärktes Spannungssignal S12 an seinem Ausgang aus. Eine zweite Spannung der Antriebseinheit 3 wird an dem zweiten Anschluss 32 gemessen. Ein zweites Spannungssignal S21, welches die zweite gemessene Spannung repräsentiert, wird mittels eines zweiten Verstärkers 42, der mit dem zweiten Anschluss 32 der Antriebseinheit 3 verbunden, ist verstärkt. Der zweite Verstärker 42 empfängt somit das zweite Spannungssignal S21 an einem Eingang und gibt ein zweites verstärktes Spannungssignal S22 an seinem Ausgang aus. Die beiden verstärkten Spannungssignale S12, S22, werden anschließend unter Verwendung von Filtereinheiten 51, 52 gefiltert. Eine erste Filtereinheit 51 filtert dabei das erste verstärkte Spannungssignal S12 und eine zweite Filtereinheit 52 filtert das zweite verstärkte Spannungssignal S22, so dass an den Ausgängen der Filtereinheiten 51, 52 entsprechend ein erstes gefiltertes Spannungssignal S13 und ein zweites gefiltertes Spannungssignal S23 bereitgestellt werden.A first voltage of the drive unit 3 will be at the first port 31 measured. A first voltage signal S11 representing the first measured voltage is provided by means of a first amplifier 41 the one with the first connection 31 the drive unit 3 connected is reinforced. The first amplifier 41 thus receives the first voltage signal S11 at an input and outputs a first amplified voltage signal S12 at its output. A second voltage of the drive unit 3 will be at the second port 32 measured. A second voltage signal S21 representing the second measured voltage is applied by means of a second amplifier 42 that with the second connection 32 the drive unit 3 connected, is reinforced. The second amplifier 42 thus receives the second voltage signal S21 at an input and outputs a second amplified voltage signal S22 at its output. The two amplified voltage signals S12, S22 are then filtered using filter units 51 . 52 filtered. A first filter unit 51 It filters the first amplified voltage signal S12 and a second filter unit 52 filters the second amplified voltage signal S22 so that at the outputs of the filter units 51 . 52 Accordingly, a first filtered voltage signal S13 and a second filtered voltage signal S23 are provided.

Die Filtereinheiten 51, 52 können dazu ausgebildet sein, hohe Frequenzen in den verstärkten Spannungssignalen S12, S22 herauszufiltern. Die Filtereinheiten 51, 52 können hierfür beispielsweise analoge Tiefpassfilter umfassen. Die gefilterten Spannungssignale S13, S23 können dann von einem Mikrocontroller 6 als Steuereinheit bzw. Auswerteeinheit weiterverarbeitet werden. Der Mikrocontroller 6 kann beispielsweise einen ersten Analog-Digital-Wandler ADC1 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, das erste gefilterte Spannungssignal S13 in ein erstes digitales Signal zu wandeln. Der Mikrocontroller 6 kann weiterhin einen zweiten Analog-Digital-Wandler ADC2 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, das zweite gefilterte Spannungssignal S23 in ein zweites digitales Signal zu wandeln. Der Mikrocontroller 6 kann dann anhand eines Motormodells unter Einbeziehung der digitalisierten Spannungssignale eine Position der Antriebseinheit 3 bestimmen. Das Motormodell kann beispielsweise in dem Mikrocontroller 6 gespeichert sein. Das Motormodell kann ein Gleichungssystem sein mit mehreren Eingangsgrößen (z.B. Temperatur, Strom, Spannung) und mindestens einer Ausgangsgröße (z.B. Position), welches mathematisch das Verhalten der Antriebseinheit nachbildet.The filter units 51 . 52 may be configured to filter out high frequencies in the amplified voltage signals S12, S22. The filter units 51 . 52 may include, for example, analog low-pass filters. The filtered voltage signals S13, S23 can then from a microcontroller 6 be further processed as a control unit or evaluation. The microcontroller 6 For example, it may include a first analog-to-digital converter ADC1 configured to convert the first filtered voltage signal S13 into a first digital signal. The microcontroller 6 may further comprise a second analog-to-digital converter ADC2, which is configured to convert the second filtered voltage signal S23 into a second digital signal. The microcontroller 6 can then use a motor model, including the digitized voltage signals, a position of the drive unit 3 determine. The engine model may be in the microcontroller, for example 6 be saved. The motor model can be a system of equations with several input variables (eg temperature, current, voltage) and at least one output variable (eg position), which mimics the behavior of the drive unit mathematically.

Um die Position der Antriebseinheit 3 anhand der Motorspannungen zu bestimmen sind bei der in 1 dargestellten Anordnung jedoch noch verschiedenste Komponenten erforderlich. Um die Anzahl der Komponenten und somit die Kosten einer derartigen Anordnung zur Spannungsmessung zu reduzieren, ist gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die an den beiden Anschlüssen 31, 32 der Antriebseinheit 3 gemessenen Spannungen nicht wie in der Anordnung in 1 einzeln verstärkt und gefiltert werden. Vielmehr ist in der Anordnung in 2 vorgesehen, die beiden Spannungssignale S11, S21 einer Differenzverstärkereinheit 43 zuzuführen. Die Differenzverstärkereinheit 43 ist dazu ausgebildet, die Differenz der beiden Spannungssignale S11, S21 die an ihren Eingängen anliegen zu verstärken und ein Spannungsdifferenzsignal S14 an ihrem Ausgang bereitzustellen.To the position of the drive unit 3 to determine on the basis of the motor voltages are in the in 1 arrangement shown, however, still a variety of components required. In order to reduce the number of components and thus the cost of such an arrangement for voltage measurement, according to the in 2 illustrated embodiment of the invention provided that at the two terminals 31 . 32 the drive unit 3 measured voltages are not as in the arrangement in 1 individually reinforced and filtered. Rather, in the arrangement in 2 provided, the two voltage signals S11, S21 a differential amplifier unit 43 supply. The differential amplifier unit 43 is designed to amplify the difference of the two voltage signals S11, S21 applied to their inputs and to provide a voltage difference signal S14 at its output.

Ein relativer Nullpunkt der Differenzverstärkereinheit 43 kann beispielsweise durch eine konstante Spannung U_x gebildet werden. Diese konstante Spannung U_x kann 5V betragen. Die konstante Spannung U_x kann jedoch auch jeglichen anderen Wert annehmen. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Spannung U_x konstant ist. Es ist beispielsweise auch möglich, dass der relative Nullpunkt durch eine beliebige in der Anordnung gemessene Spannung U_x definiert wird, welche nicht zwangsläufig konstant ist. Eine gemessene Spannung U_x kann vielmehr verschiedene Werte über der Zeit annehmen. Das Spannungsdifferenzsignal S14 wird anschließend mittels einer Filtereinheit 53 gefiltert und als gefiltertes Spanungsdifferenzsignal S15 dem Mikrocontroller 6 bereitgestellt. Die Filtereinheit 53 kann wiederum dazu ausgebildet sein, hohe Frequenzen in dem Spannungsdifferenzsignal S14 herauszufiltern. Hierfür kann die Filtereinheit 53 ein analoges Tiefpassfilter umfassen. Mittels eines Analog-Digital-Wandlers ADC3 kann das analoge gefilterte Spannungsdifferenzsignal S14 in ein digitales Signal gewandelt werden. A relative zero point of the differential amplifier unit 43 can be formed for example by a constant voltage U _x . This constant voltage U _x can be 5V. However, the constant voltage U _x can also assume any other value. However, it is not necessary that the voltage U _{x is} constant. For example, it is also possible for the relative zero point to be defined by any voltage U _x measured in the arrangement, which is not necessarily constant. A measured voltage U _x may instead assume different values over time. The voltage difference signal S14 is then applied by means of a filter unit 53 filtered and as a filtered voltage difference signal S15 the microcontroller 6 provided. The filter unit 53 may in turn be configured to filter out high frequencies in the voltage difference signal S14. For this purpose, the filter unit 53 include an analog low-pass filter. By means of an analog-to-digital converter ADC3, the analog filtered voltage difference signal S14 can be converted into a digital signal.

Somit werden anders als bei anderen Lösungen für die Positionsbestimmung anhand von zwei Spannungssignalen S11, S21 zwei Verstärker 41, 42, zwei Filter 51, 52 sowie zwei Analog-Digital-Wandler ADC1, ADC2 benötigt. Vielmehr werden nur eine Differenzverstärkereinheit 43 zur Erzeugung eines Spannungsdifferenzsignals S14, eine Filtereinheit 53 zum Filtern des Spannungsdifferenzsignals S14 und ein Analog-Digital-Wandler ADC3 benötigt. Die Anzahl der für die Spannungsmessung benötigten Hardwarekomponenten kann somit halbiert werden.Thus, unlike other positioning solutions, two amplifiers are used based on two voltage signals S11, S21 41 . 42 , two filters 51 . 52 as well as two analog-to-digital converters ADC1, ADC2 needed. Rather, only one differential amplifier unit 43 for generating a voltage difference signal S14, a filter unit 53 to filter the voltage difference signal S14 and an analog-to-digital converter ADC3 needed. The number of hardware components required for the voltage measurement can thus be halved.

Die Spannungsmessung an der Antriebseinheit 3 kann jedoch durch einen Offset der Differenzverstärkereinheit 43 verfälscht werden. Liegen an den Eingängen der Differenzverstärkereinheit 43 identische Spannungen an, sollte die Differenz zwischen diesen Spannungen im Idealfall 0V betragen. Dies ist häufig jedoch nicht der Fall. Vielmehr kann in vielen Fällen trotz identischer Eingangsspannungen eine geringe Spannung am Ausgang einer Differenzverstärkereinheit 43 gemessen werden. Diese so genannte Offset-Spannung resultiert aus den Toleranzen der für die Differenzverstärkereinheit 43 benötigten Bauteile. Um einen Offset der Differenzverstärkereinheit 43 berücksichtigen zu können, kann dieser gemessen werden, wenn sich die Differenzverstärkereinheit 43 in einem Ruhezustand befindet. Die Offset-Spannung kann sich über der gesamten Lebensdauer einer Differenzverstärkereinheit 43 verändern. Daher kann eine Messung der Offset-Spannung beispielsweise regelmäßig in bestimmten Zeitabständen erfolgen. Die gemessenen Werte können dann abgespeichert und ausgewertet werden. Wird die Offset-Spannung über einen längeren Zeitraum regelmäßig beobachtet, kann eine Abweichung von einem bestimmten Muster beispielsweise dahingehend gewertet werden, dass die Anordnung nicht ordnungsgemäß arbeitet. In sicherheitskritischen Anwendungen kann das Erkennen einer nicht ordnungsgemäß arbeitenden Anordnung von erheblicher Bedeutung sein.The voltage measurement on the drive unit 3 However, by an offset of the differential amplifier unit 43 be falsified. Lie at the inputs of the differential amplifier unit 43 identical voltages, the difference between these voltages should ideally be 0V. This is often not the case. Rather, in many cases, despite identical input voltages, a low voltage at the output of a differential amplifier unit 43 be measured. This so-called offset voltage results from the tolerances for the differential amplifier unit 43 required components. To an offset of the differential amplifier unit 43 To take into account, this can be measured when the differential amplifier unit 43 is in a dormant state. The offset voltage can vary over the life of a differential amplifier unit 43 change. Therefore, a measurement of the offset voltage, for example, take place regularly at specific time intervals. The measured values can then be stored and evaluated. If the offset voltage is observed regularly over a longer period of time, a deviation from a certain pattern can be judged, for example, in that the arrangement is not working properly. In safety-critical applications, the detection of a malfunctioning arrangement can be of considerable importance.

3 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zur sensorlosen Bestimmung der Position einer Antriebseinheit 3. Zunächst kann dabei eine Offset-Spannung der Differenzverstärkereinheit 43 bestimmt werden. Die Bestimmung der Offset-Spannung ist dabei jedoch optional, bzw. kann eine Bestimmung der Offset-Spannung zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt oder auch zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgen. Die Positionsbestimmung kann jedoch genauere Ergebnisse erzielen, wenn die Offset-Spannung mit berücksichtigt wird. 3 shows in a flowchart a method for sensorless determination of the position of a drive unit 3 , First, an offset voltage of the differential amplifier unit can be used 43 be determined. However, the determination of the offset voltage is optional, or a determination of the offset voltage can be made at any other time or at different times. Positioning, however, may yield more accurate results if the offset voltage is taken into account.

Anschließend können die Spannungen an den Anschlüssen 31, 32 der Antriebseinheit 3 gemessen werden. Spannungssignale S11, S21, welche die gemessenen Spannungen repräsentieren, können der Differenzverstärkereinheit 43 an deren Eingängen bereitgestellt werden. Die Differenzverstärkereinheit 43 bestimmt anhand der Signale S11, S21 eine Differenz zwischen den an der Antriebseinheit 3 gemessenen Spannungen. Die Differenzverstärkereinheit 43 kann ein Spannungsdifferenzsignal S14 bereitstellen, welches die Differenz zwischen den beiden Spannungen repräsentiert. Mittels einer Filtereinheit 53 können anschließend störende (hohe) Frequenzen aus dem Spannungsdifferenzsignal S14 herausgefiltert werden. Subsequently, the voltages at the terminals can 31 . 32 the drive unit 3 be measured. Voltage signals S11, S21 representing the measured voltages may be applied to the differential amplifier unit 43 be provided at their entrances. The differential amplifier unit 43 determined on the basis of the signals S11, S21 a difference between the on the drive unit 3 measured voltages. The differential amplifier unit 43 may provide a voltage difference signal S14 representing the difference between the two voltages. By means of a filter unit 53 Subsequently, disturbing (high) frequencies can be filtered out of the voltage difference signal S14.

Das gefilterte Spannungsdifferenzsignal S15, welches von der Filtereinheit 53 bereitgestellt wird, ist ein analoges Signal. Zur Weiterverarbeitung durch einen Mikrocontroller 6, wird das analoge gefilterte Spannungsdifferenzsignal in der Regel zunächst in ein digitales Signal gewandelt. Anschließend kann der Mikrocontroller 6 anhand eines gespeicherten Modells der Antriebseinheit 3 und unter Berücksichtigung des gefilterten Spannungsdifferenzsignals S15 die Position der Antriebseinheit 3 bestimmen.The filtered voltage difference signal S15, which from the filter unit 53 is provided is an analog signal. For further processing by a microcontroller 6 , the analog filtered voltage difference signal is usually first converted into a digital signal. Subsequently, the microcontroller 6 based on a stored model of the drive unit 3 and considering the filtered voltage difference signal S15, the position of the drive unit 3 determine.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1111: erstes Schaltelement first switching element
1212: zweites Schaltelement second switching element
2121: drittes Schaltelement third switching element
2222: viertes Schaltelement fourth switching element
33: Antriebseinheit drive unit
3131: erster Anschluss der Antriebseinheit first connection of the drive unit
3232: zweiter Anschluss der Antriebseinheit second connection of the drive unit
4141: erste Verstärkereinheit first amplifier unit
4242: zweite Verstärkereinheit second amplifier unit
4343: Differenzverstärkereinheit Differential amplifier unit
5151: erste Filtereinheit first filter unit
5252: zweite Filtereinheit second filter unit
5353: dritte Filtereinheit third filter unit
66: Mikrocontroller microcontroller
S11S11: erstes Spannungssignal first voltage signal
S12S12: erstes verstärktes Spannungssignal first amplified voltage signal
S13S13: erstes gefiltertes Spannungssignal first filtered voltage signal
S14S14: Spannungsdifferenzsignal Voltage differential signal
S15S15: gefiltertes Spannungsdifferenzsignal filtered voltage difference signal
S21S21: zweites Spannungssignal second voltage signal
S22S22: zweites verstärktes Spannungssignal second amplified voltage signal
S23S23: zweites gefiltertes Spannungssignal second filtered voltage signal
U_x U _x: Referenzspannung reference voltage
ADC1ADC1: erster Analog-Digital-Wandler first analog-to-digital converter
ADC2ADC2: zweiter Analog-Digital-Wandler second analog-to-digital converter
ADC3ADC3: dritter Analog-Digital-Wandler third analog-to-digital converter
V+V +: Anschluss für ein positives Versorgungspotential Connection for a positive supply potential
V–V-: Anschluss für ein negatives Versorgungspotential Connection for a negative supply potential

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008027720 A1 [0004]

Claims

Arrangement comprising: a drive unit ( 3 ) with a first connection ( 31 ) and a second connection ( 32 ); a differential amplifier unit ( 43 ) having a first input terminal, a second input terminal and an output terminal, wherein the differential amplifier unit ( 43 ) is adapted to receive at the first input terminal a first voltage signal (S11), which one at the first terminal ( 31 ) of the drive unit ( 3 ) measured voltage at the second input terminal to receive a second voltage signal (S21), one at the second terminal ( 32 ) of the drive unit ( 3 ), and outputting a voltage difference signal (S14) representing the difference between the first and second voltages; a filter unit ( 53 ) configured to receive the voltage difference signal (S14) and to output a filtered voltage difference signal (S15); and a controller unit ( 6 ) which is adapted to receive the filtered voltage difference signal (S15) and a position of the drive unit ( 3 ) based on a model of the drive unit ( 3 ).

Arrangement according to claim 1, wherein the filtered voltage difference signal (S15) is an analog signal and the controller unit ( 6 ) comprises an analog-to-digital converter (ADC3) adapted to convert the analog filtered voltage difference signal (S15) into a digital signal.

Arrangement according to claim 1 or 2, wherein the position of the drive unit ( 3 ) based on a model of the drive unit ( 3 ) is determined.

Arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein the differential amplifier unit ( 43 ) a voltage (U _x ) is provided as a relative zero point.

Arrangement according to claim 4, wherein the voltage (U _x ) is constant.

Arrangement according to claim 4, wherein the voltage (U _x ) represents a voltage measured in the arrangement.

Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the filter unit ( 53 ) is adapted to filter out high frequencies from the voltage difference signal (S14).

Arrangement according to claim 7, wherein the filter unit ( 53 ) comprises an analog low-pass filter.

Method comprising: providing a first voltage signal (S11) which is connected to a first terminal (S11) 31 ) a drive unit ( 3 ) represents measured first voltage; Providing a second voltage signal (S11), one at a second terminal (S11) 32 ) of the drive unit ( 3 ) represents measured second voltage; Providing a voltage difference signal (S14) representing the difference between the first and second voltages; Filtering the voltage difference signal (S14) and providing a filtered voltage difference signal (S15); and determining a position of the drive unit ( 3 ) based on a model of the drive unit ( 3 ) taking into account the filtered voltage difference signal (S15).

A method according to claim 9, wherein the voltage difference signal (S14) from a differential amplifier unit (S14) 43 ), and wherein the method further comprises determining an offset voltage of the differential amplifier unit ( 43 ).

Method according to claim 10, wherein the offset voltage is used in determining the position of the drive unit ( 3 ) is taken into account.