DE102014220922A1 - Method for fault tolerant rotation angle detection - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren für eine fehlertolerante Signalerfassung mit wenigstens drei Sensoren, wobei die Sensoren Winkelpositionen eines Rotors eines Elektromotors erfassen, wobei abhängig von der mithilfe der Sensoren erfassten Winkelposition des Rotors eine Kommutierung des Elektromotors durchgeführt wird, wobei für festgelegte Zustände der Signale der drei Sensoren Winkelpositionen für den Rotor abgelegt sind, wobei auch Zustände mit einem defekten Sensor abgelegt sind, wobei eine Abfolge von Zuständen erfasst wird, wobei die erfassten Zustände mit den abgelegten Zuständen verglichen werden, und wobei anhand des Vergleichs ein defekter Sensor erkannt wird.The invention relates to methods for fault tolerant signal detection with at least three sensors, wherein the sensors detect angular positions of a rotor of an electric motor, wherein a commutation of the electric motor is performed depending on the detected by the sensors angular position of the rotor, wherein for fixed states of the signals of the three sensors Angle positions are stored for the rotor, wherein states are stored with a defective sensor, wherein a sequence of states is detected, wherein the detected states are compared with the stored states, and wherein based on the comparison, a defective sensor is detected.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, eine Auswerteschaltung gemäß Anspruch 11 und einen Elektromotor gemäß Anspruch 12. The invention relates to a method according to
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik sind kostengünstige Winkelsensierungsprinzipien bekannt, die lediglich aus Hall-Schaltern bestehen. Beispielsweise werden bei Elektrorollern drei phasenversetzte Hall-Schalter innerhalb des Elektromotors verbaut, um ein Steuersignal für eine Kommutierung des Elektroantriebes zu realisieren. Fällt einer der drei Hall-Sensoren aus, so ist eine zuverlässige Kommutierung des Elektromotors mit dem bekannten Verfahren schwer möglich. Cost-effective angle sensing principles are known from the prior art, which consist only of Hall switches. For example, in electric scooters, three phase-shifted Hall switches are installed inside the electric motor in order to realize a control signal for a commutation of the electric drive. If one of the three Hall sensors fails, a reliable commutation of the electric motor with the known method is difficult.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren für eine fehlertolerante Drehwinkelerfassung für eine Kommutierung eines Elektromotors bereitzustellen. The object of the invention is to provide a method for a fault-tolerant rotation angle detection for a commutation of an electric motor.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1, die Auswerteschaltung gemäß Anspruch 11 und den Elektromotor gemäß Anspruch 12 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. The object of the invention is achieved by the method according to
Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass bei Ausfall eines Sensors weiterhin eine ausreichend gute Kommutierung des Elektromotors erreicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass bei einem Ausfall eines Sensors aufgrund der Abfolge der Signalzustände der Sensoren eine Abschätzung des Drehwinkels des Rotors erfolgt. An advantage of the method described is that, if one sensor fails, a sufficiently good commutation of the electric motor continues to be achieved. This is achieved by an estimation of the rotational angle of the rotor in the event of a failure of a sensor due to the sequence of signal states of the sensors.
Dazu sind wenigstens drei Sensoren vorgesehen, wobei die Sensoren Winkelpositionen eines Rotors eines Elektromotors erfassen, wobei abhängig von der mithilfe der Sensoren erfassten Winkelposition des Rotors eine Kommutierung des Elektromotors durchgeführt wird, wobei für festgelegte Zustände der Signale der drei Sensoren Winkelpositionen für den Rotor abgelegt sind, wobei auch Zustände mit einem defekten Sensor abgelegt sind, wobei eine Abfolge von Zuständen erfasst wird, wobei die erfassten Zustände mit den abgelegten Zuständen verglichen werden, und wobei anhand des Vergleichs ein defekter Sensor erkannt wird. For this purpose, at least three sensors are provided, wherein the sensors detect angular positions of a rotor of an electric motor, wherein a commutation of the electric motor is performed depending on the detected by the sensors angular position of the rotor, wherein for fixed states of the signals of the three sensors angular positions are stored for the rotor wherein states are also stored with a defective sensor, wherein a sequence of states is detected, wherein the detected states are compared with the stored states, and wherein based on the comparison, a defective sensor is detected.
In einer Ausführungsform wird nach Erkennen eines defekten Sensors eine Abfolge der erfassten Zustände mit abgespeicherten Abfolgen von Zuständen verglichen, und wobei aufgrund des Vergleichs festgelegt wird, welcher Sensor defekt ist. Dadurch ist eine sichere und einfache Erfassung des defekten Sensors möglich. In one embodiment, after detecting a defective sensor, a sequence of the detected states is compared with stored sequences of states, and it is determined on the basis of the comparison which sensor is defective. As a result, a safe and easy detection of the defective sensor is possible.
In einer Ausführungsform wird die Abfolge der erfassten Zustände mit abgespeicherten Abfolgen der Zustände für festgelegte Betriebszustände des Elektromotors mit einem defekten Sensor verglichen, und wobei durch den Vergleich der defekte Sensor ermittelt wird. Dadurch wird eine schnelle Ermittlung des defekten Sensors erreicht. In one embodiment, the sequence of detected states is compared with stored sequences of the states for specified operating states of the electric motor with a defective sensor, and wherein the comparison determines the defective sensor. As a result, a quick determination of the defective sensor is achieved.
In einer weiteren Ausführung wird bei Erkennen eines defekten Sensors für wenigstens einen Zustand ein gegenüber einem fehlerfreien Fall korrigierter Winkelwert abgespeichert, und wobei der korrigierte Winkelwert für den Zustand verwendet wird. Dadurch wird die Winkelerfassung weiter präzisiert. In a further embodiment, when a defective sensor is detected for at least one state, a corrected angle value relative to a fault-free case is stored, and the corrected angle value is used for the state. As a result, the angle detection is further specified.
In einer weiteren Ausführung wird eine Abfolge von erfassten Zuständen mit abgespeicherten Abfolgen von Zuständen verglichen, wobei anhand des Vergleiches eine von mehreren möglichen Fehlersituation erkannt wird, wobei für die möglichen Fehlersituationen jeweils eine Zuordnungstabelle vorgesehen ist, wobei in der Zuordnungstabelle für die Zustände Winkel abgespeichert sind, und wobei die für die erkannte Fehlersituation abgespeicherte Zuordnungstabelle verwendet wird, um für den erkannten Zustand den in der Zuordnungstabelle abgespeicherten Winkel zu verwenden. Dadurch wird das Verfahren präziser und einfacher. In a further embodiment, a sequence of detected states is compared with stored sequences of states, one of a plurality of possible error situations being identified based on the comparison, an allocation table being provided for the possible error situations, angles being stored in the assignment table for the states and wherein the mapping table stored for the detected error situation is used to use the angle stored in the mapping table for the detected state. This makes the process more precise and easier.
In einer weiteren Ausführung werden bei Erkennen eines Zustandes für einen defekten Sensor auch Winkelwerte für vorausgehende Zustände und/oder Winkelwerte für folgende Zustände korrigiert, wobei insbesondere die Winkelwerte in der Weise korrigiert werden, dass ein Winkelfehler insbesondere über eine elektrische Umdrehung des Rotors minimiert wird. In a further embodiment, upon detection of a condition for a defective sensor, angle values for preceding states and / or angle values for the following states are also corrected, wherein in particular the angle values are corrected in such a way that an angle error, in particular via an electrical revolution of the rotor, is minimized.
In einer weiteren Ausführung wird die Information, welcher Sensor ausgefallen ist, an ein Subsystem übergeben. Das Subsystem kann eine Drehzahlerfassung darstellen. In a further embodiment, the information which sensor has failed is transferred to a subsystem. The subsystem can represent a speed detection.
In einer Ausführung wird für einen Start eines Elektroantriebes wenigstens während einer ersten Drehung des Elektromotors eine Kommutierung gesteuert durchgeführt. In one embodiment, a commutation is performed controlled for a start of an electric drive at least during a first rotation of the electric motor.
In einer Ausführung ist eine Auswerteschaltung mit einer Statusermittlung vorgesehen, wobei die Statusermittlung ausgebildet ist, um einen Zustand zu ermitteln, wobei ein Zustand Signale von drei Sensoren zur Ermittlung einer Winkelposition eines Rotors umfasst, wobei eine Fehlerlokalisierung vorgesehen ist, wobei die Fehlerlokalisierung ausgebildet ist, um aufgrund einer Abfolge von Zuständen eine Fehlersituation zu erkennen, wobei eine Auswahleinheit vorgesehen ist, wobei die Auswahleinheit ausgebildet ist, um abhängig von der erkannten Fehlersituation den Zuständen festgelegte Winkel zuzuordnen, und wobei eine Zuordnungseinheit vorgesehen ist, wobei die Zuordnungseinheit ausgebildet ist, um abhängig vom Zustand den von der Auswahleinheit festgelegten Winkel für den Zustand auszugeben. In one embodiment, an evaluation circuit is provided with a status determination, wherein the status determination is designed to determine a state, wherein a state comprises signals from three sensors for determining an angular position of a rotor, wherein a fault location is provided, wherein the fault location is formed, to detect an error situation due to a sequence of states, wherein a Selection unit is provided, wherein the selection unit is adapted to allocate the states fixed angles depending on the detected error situation, and wherein an allocation unit is provided, wherein the allocation unit is adapted to output depending on the state of the selected by the selection unit angle for the state.
Das Verfahren und die Auswerteschaltung können in einem Elektromotor, insbesondere in einem Elektromotor eines Elektrorollers eingesetzt werden. The method and the evaluation circuit can be used in an electric motor, in particular in an electric motor of an electric scooter.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it
Zur Erzeugung eines magnetischen Statordrehfeldes werden von der Steuerschaltung
Bei einer Fehlfunktion eines Sensors treten Signalzustände auf, die im normalen Betrieb nicht auftreten. Diese Fehlzustände sind: jeder Sensor hat einen hohen Spannungspegel oder jeder Sensor hat einen niedrigen Spannungspegel. Der erste Fehlzustand
Der von der Statusermittlung
Die von der Fehlerlokalisierung
Für eine sichere Erkennung benötigt die Fehlerlokalisierung
Die Zuordnungseinheit
Die anderen Zuordnungstabellen weisen für wenigstens einen Zustand einen anderen Winkelwert auf. The other allocation tables have a different angle value for at least one state.
Abhängig von der gewählten Ausführung entspricht der korrigierte Winkelwert dem Winkelwert, den der Zustand für einen korrekt funktionierenden Sensor angeben würde. Depending on the selected design, the corrected angle value corresponds to the angle value that the state would indicate for a correctly functioning sensor.
In einer weiteren Ausführung kann der korrigierte Winkelwert abhängig von der Abfolge der erfassten Zustände festgelegt werden, wobei der korrigierte Winkelwert von dem Winkelwert bei korrekt funktionierenden Sensoren abweicht. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführung für wenigstens einen der Zustände, die dem Fehlerzustand
Zudem wird der defekte Sensor über eine Signalleitung
Mithilfe des beschriebenen Verfahrens wird trotz eines defekten Sensors eine ausreichende Genauigkeit mithilfe von zwei Sensoren für eine Steuerung des Elektromotors
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