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 claim 1, an evaluation circuit according to claim 11 and an electric motor according to claim 12.

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 claim 1, the evaluation circuit according to claim 11 and the electric motor according to claim 12. Further developments are specified in the dependent claims.

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

1 eine schematische Darstellung eines Elektromotors mit einer Steuerschaltung, 1 a schematic representation of an electric motor with a control circuit,

2 eine schematische Darstellung für einen Signalverlauf der drei Sensoren der Steuerschaltung des Elektromotors, 2 a schematic representation of a waveform of the three sensors of the control circuit of the electric motor,

3 eine Tabelle mit Signalzuständen für einen Normalbetrieb, 3 a table with signal states for normal operation,

4 eine erste Fehlertabelle für Signalzustände mit einem Fehler des dritten Sensors, der auf einem niedrigen Signalpegel festhängt, 4 a first error table for signal states with a fault of the third sensor, which is stuck at a low signal level,

5 eine zweite Fehlertabelle für Signalzustände mit einem Fehler des dritten Sensors, der auf einem hohen Signalpegel festhängt, und 5 a second error table for signal states with a fault of the third sensor, which is stuck at a high signal level, and

6 eine Auswerteschaltung für eine fehlertolerante Erkennung eines Drehwinkels des Rotors, 6 an evaluation circuit for a fault-tolerant detection of a rotation angle of the rotor,

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Anordnung mit einem Elektromotor 1, einer Steuerschaltung 2, einer Kommutatorschaltung 3, einer Sensoranordnung 4 und einer Auswerteschaltung 6. Der Elektromotor 1 kann beispielsweise bei einem Elektroroller als Antriebsmotor eingesetzt werden. Der elektrische Elektromotor 1 ist z.B. als dreiphasiger bzw. dreisträngiger EC-Motor ausgebildet. Bei dem Elektromotor 1 ist nur ein Stator mit drei elektrisch um jeweils 120° versetzten Wicklungssträngen angedeutet. Ein zugehöriger permanentmagnetischer Rotor ist nicht dargestellt. Im dargestellten Beispiel sind die Wicklungsstränge in Sternschaltung geschaltet, wobei jedoch auch eine Dreiecksschaltung der Wicklungsstränge möglich ist. Die Wicklungsstränge sind über Stranganschlüsse mit einer als Halbleiterbrücke ausgebildeten Kommutatorschaltung 3 verbunden. Die Kommutatorschaltung 3 besteht aus sechs Leistungshalbleitern, die von der Steuerschaltung 2 mit Steuersignalen und zwar abhängig von der Drehposition, d. h. von dem mechanischen Drehwinkel des Rotors versorgt wird. Zudem wird der Steuerschaltung 2 ein Drehmomentstellsignal 7 zugeführt, das die Steuerschaltung 2 zur Beeinflussung des Drehmoments berücksichtigt. 1 shows a schematic representation of an arrangement with an electric motor 1 , a control circuit 2 , a commutator circuit 3 , a sensor arrangement 4 and an evaluation circuit 6 , The electric motor 1 can be used for example in an electric scooter as a drive motor. The electric electric motor 1 is designed, for example, as a three-phase or three-phase EC motor. At the electric motor 1 only one stator is indicated with three winding strands electrically offset by 120 ° each. An associated permanent magnetic rotor is not shown. In the example shown, the winding strands are connected in a star connection, but also a triangular connection of the winding strands is possible. The winding strands are via strand connections with a commutator circuit designed as a semiconductor bridge 3 connected. The commutator circuit 3 consists of six power semiconductors by the control circuit 2 with control signals and depending on the rotational position, that is supplied by the mechanical rotation angle of the rotor. In addition, the control circuit 2 a torque control signal 7 fed to the control circuit 2 taken into account for influencing the torque.

Zur Erzeugung eines magnetischen Statordrehfeldes werden von der Steuerschaltung 2 die Leistungshalbleiter der Kommutatorschaltung 3 in jeweils zyklisch wechselnden Kombinationen angesteuert, indem die Wicklungsanschlüsse entweder mit einem positiven oder einem negativen Anschluss einer Gleichspannungsquelle 8 verbunden oder hochohmig von der Gleichspannungsquelle 8 getrennt werden. Zur Ermittlung des Drehwinkels des Rotors ist die Sensoranordnung 4 vorgesehen. Die Sensoranordnung 4 weist einen ersten, zweiten und dritten Sensor 9, 10, 11 auf. Der erste, zweite und dritte Sensor 9, 10, 11 können beispielsweise in Form eines Hall-Sensors ausgebildet sein. Die drei Sensoren 9, 10, 11 sind versetzt um 120° um die elektrische Drehachse des Rotors angeordnet. Im Fall von Hall-Sensoren kann jeder Sensor wenigstens zwei Drehwinkel des Rotors, einen durch eine steigende Flanke und einen durch eine fallende Flanke festlegen. Damit kann mithilfe der drei Sensoren 9, 10, 11 jeweils wenigstens ein festgelegter Drehwinkel des Rotors von 60°, 120°, 180°, 240°, 300° und 360° erfasst werden. To generate a magnetic stator rotary field are from the control circuit 2 the power semiconductors of the commutator circuit 3 in each cyclically changing combinations driven by the winding terminals either with a positive or a negative terminal of a DC voltage source 8th connected or high impedance from the DC voltage source 8th be separated. To determine the angle of rotation of the rotor, the sensor arrangement 4 intended. The sensor arrangement 4 has a first, second and third sensor 9 . 10 . 11 on. The first, second and third sensor 9 . 10 . 11 may be formed, for example in the form of a Hall sensor. The three sensors 9 . 10 . 11 are offset by 120 ° about the electrical axis of rotation of the rotor. In the case of Hall sensors, each sensor can define at least two rotational angles of the rotor, one by a rising edge and one by a falling edge. This can be done using the three sensors 9 . 10 . 11 in each case at least one predetermined rotational angle of the rotor of 60 °, 120 °, 180 °, 240 °, 300 ° and 360 ° are detected.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen ersten Signalverlauf 12 des ersten Sensors 9, einen zweiten Signalverlauf 13 des zweiten Sensors 10 und einen dritten Signalverlauf 14 des dritten Sensors 11. Die Signalverläufe 12, 13, 14 sind über den elektrischen Drehwinkel des Rotors aufgetragen. Bei einem Drehwinkel von 0° weist der erste Sensor 9 einen Übergang von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel, d.h. eine fallende Flanke auf. Der zweite Signalverlauf 13 des zweiten Sensors 10 ist auf einem hohen Pegel. Der dritte Signalverlauf 14 des dritten Sensors 11 ist auf einem niedrigen Pegel. Bei einem Winkel von 60° steigt der dritte Signalverlauf 14 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel mit einer steigenden Flanke. Bei einem Drehwinkel von 120° sinkt der zweite Signalverlauf 13 von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel mit einer fallenden Flanke. Bei einem Winkel von 180° steigt der erste Signalverlauf 12 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel mit einer steigenden Flanke. Bei einem Winkel von 240° fällt der dritte Signalverlauf 14 von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel mit einer fallenden Flanke. Bei einem Winkel von 300° steigt der zweite Signalverlauf 13 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel mit einer steigenden Flanke. Bei 360°, die gleichzeitig 0° für eine neue elektrische Umdrehung des Rotors darstellen, sinkt der erste Signalverlauf 12 von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel mit einer fallenden Flanke. Somit können mithilfe der steigenden und der fallenden Flanken der Signalverläufe 12, 13, 14 sechs definierte elektrische Drehwinkelpositionen des Rotors erfasst werden. 2 shows a schematic representation of a first waveform 12 of the first sensor 9 , a second waveform 13 of the second sensor 10 and a third waveform 14 of the third sensor 11 , The waveforms 12 . 13 . 14 are plotted over the electrical rotation angle of the rotor. At a rotation angle of 0 °, the first sensor points 9 a transition from a high level to a low level, ie a falling edge. The second waveform 13 of the second sensor 10 is at a high level. The third waveform 14 of the third sensor 11 is at a low level. At an angle of 60 °, the third waveform increases 14 from a low level to a high level with a rising edge. At a rotation angle of 120 °, the second signal curve decreases 13 from a high level to a low level with a falling edge. At an angle of 180 ° increases the first waveform 12 from a low level to a high level with a rising edge. At an angle of 240 °, the third waveform falls 14 from a high level to a low level with a falling edge. At an angle of 300 ° increases the second waveform 13 from a low level to a high level with a rising edge. At 360 °, which at the same time represent 0 ° for a new electrical revolution of the rotor, the first signal curve decreases 12 from a high level to a low level with a falling edge. Thus, using the rising and falling edges of the waveforms 12 . 13 . 14 six defined electrical rotation angle positions of the rotor are detected.

3 zeigt in einer Tabelle 22 einen zeitlichen Verlauf der Signalzustände der Signalverläufe 12, 13, 14 der Sensoren 9, 10, 11. In einem nullten Zustand, der dem Winkelbereich zwischen 0° und 60° des Drehwinkels des Rotors entspricht, weist der erste Signalverlauf 12 einen niedrigen Pegel auf, der mit der Zahl 0 dargestellt ist. Der zweite Signalverlauf 13 weist einen hohen Pegel auf, der mit der Zahl 1 dargestellt ist. Der dritte Signalverlauf 14 weist einen niedrigen Pegel auf, der mit der Zahl 0 dargestellt ist. Zudem sind in der Tabelle die Signalzustände der Signalverläufe 12, 13, 14 für einen ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Zustand dargestellt. Der erste Zustand betrifft den Winkelbereich zwischen 60° und 120°, der zweite Zustand betrifft den Winkelbereich zwischen 120° und 180°, der dritte Winkelbereich betrifft den Zustand zwischen 180° und 240°, der vierte Winkelbereich betrifft den Zustand zwischen 240° und 300° und der fünfte Zustand betrifft den Winkelbereich zwischen 300° und 360° des elektrischen Drehwinkels des Rotors. Im nullten Zustand 0 wird für den Rotor ein Winkel von 30° angenommen. Im ersten Zustand 1 wird für den Rotor ein Winkel von 90° angenommen. Im zweiten Zustand 2 wird für den Rotor ein Winkel von 150° angenommen. Im dritten Zustand 3 wird für den Rotor ein Winkel von 210° angenommen. Im vierten Zustand 4 wird für den Rotor ein Winkel von 270° angenommen. Im fünften Zustand 5 wird für den Rotor ein Winkel von 330° angenommen. 3 shows in a table 22 a temporal course of the signal states of the waveforms 12 . 13 . 14 the sensors 9 . 10 . 11 , In a zeroth state, which corresponds to the angle range between 0 ° and 60 ° of the rotational angle of the rotor, the first signal waveform points 12 a low level, which is represented by the number 0. The second waveform 13 has a high level, which is represented by the number 1. The third waveform 14 has a low level represented by the number 0. In addition, the signal states of the signal curves are in the table 12 . 13 . 14 for a first, second, third, fourth and fifth state. The first state relates to the angular range between 60 ° and 120 °, the second state concerns the angular range between 120 ° and 180 °, the third angular range relates to the state between 180 ° and 240 °, the fourth angular range relates to the state between 240 ° and 300 ° ° and the fifth state relates to the angular range between 300 ° and 360 ° of the electrical rotation angle of the rotor. In zero state 0, an angle of 30 ° is assumed for the rotor. In the first state 1, an angle of 90 ° is assumed for the rotor. In the second state 2, an angle of 150 ° is assumed for the rotor. In the third state 3, an angle of 210 ° is assumed for the rotor. In the fourth state 4, an angle of 270 ° is assumed for the rotor. In the fifth state 5, an angle of 330 ° is assumed for the rotor.

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 20 entspricht der Situation, bei der alle drei Sensoren einen niedrigen Signalpegel aufweisen. Der zweite Fehlzustand 21 entspricht dem Zustand, bei dem alle Sensoren einen hohen Signalpegel aufweisen. Beiden Fehlzuständen 20, 21 kann unabhängig von weiteren Informationen kein Winkelwert des Rotors zugeordnet werden. In the event of a malfunction of a sensor, signal states occur which do not occur during normal operation. These failures are: each sensor has a high voltage level or each sensor has a low voltage level. The first fault 20 corresponds to the situation where all three sensors have a low signal level. The second wrong state 21 corresponds to the state in which all sensors have a high signal level. Both wrong states 20 . 21 can be assigned regardless of further information no angle value of the rotor.

4 zeigt eine Abfolge von Signalzuständen der Sensoren in Form einer zweiten Tabelle 23. Die Signalzustände sind von oben nach unten zeitlich aufeinander folgend. Bei der Erfassung der Signalzustände kann sich die Drehrichtung des Elektromotors auch ändern. In der zweiten Tabelle 23 sind in einer ersten Spalte 31 die Sollzustände dargestellt, die die Sensoren bei einem normalen Betrieb des Elektromotors aufweisen sollen. Dabei sollte der Ablauf der Signalzustände folgendermaßen lauten: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2 usw. Neben der ersten Spalte 31 sind in weiteren Spalten die Werte für die teilweise gestörten Signale der Signalverläufe 12, 13, 14 dargestellt. Mit 0 ist ein niedriger Pegel und mit 1 ein hoher Spannungspegel dargestellt. Zudem sind in der letzten Spalte 32 die daraus resultierenden Istzustände der Sensoren dargestellt. Durch das Erkennen des ersten Fehlerzustandes 20, der einen normal nicht auftretenden Signalzustand darstellt, wird von der Steuerschaltung 2 ein defekter Sensor erkannt. 4 shows a sequence of signal states of the sensors in the form of a second table 23 , The signal states are consecutive in time from top to bottom. When detecting the signal states, the direction of rotation of the electric motor can also change. In the second table 23 are in a first column 31 the target states are shown, which should have the sensors in a normal operation of the electric motor. The sequence of signal states should be: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, etc. Next to the first column 31 are in other columns the values for the partially disturbed signals of the waveforms 12 . 13 . 14 shown. 0 represents a low level and 1 represents a high voltage level. Moreover, in the last column 32 the resulting actual states of the sensors are shown. By recognizing the first error state 20 , which represents a normal non-occurring signal state, is from the control circuit 2 a defective sensor detected.

5 stellt eine dritte Tabelle 24 für einen Ablauf von Zuständen dar. In der dritten Tabelle 24 sind in der ersten Spalte 31 wieder die Sollzustände für einen normalen Betrieb des Elektromotors dargestellt. Bei einem normalen Betrieb sollte eine Abfolge der Zustände folgendermaßen lauten: 0, 1, 2, 3, 4, 5. In der letzten Spalte 32 sind die die Istzustände, d.h. die tatsächlichen Zustände dargestellt. Zudem sind die Werte für die teilweise gestörten Signale der Signalverläufe 12, 13, 14 dargestellt. Mit 0 ist ein niedriger Pegel und mit 1 ein hoher Pegel dargestellt. Dabei ist ein zweiter Fehlerzustand 21 für einen Istzustand dargestellt. Der zweite Fehlerzustand 21 stellt die im Normalfall nicht auftretende Situation dar, dass alle drei Signalverläufe 12, 13, 14 einen hohen Pegel aufweisen. Durch das Erkennen des zweiten Fehlerzustandes 21, der einen normal nicht auftretenden Signalzustand darstellt, wird von der Steuerschaltung 2 ein defekter Sensor erkannt. Die Tabellen der 3, 4, 5 sind beispielsweise in der Auswerteschaltung 6 abgespeichert. Die Auswerteschaltung 6 erhält von den drei Sensoren 9, 10, 11 die ersten, zweiten und dritten Signalverläufe 12, 13, 14. Somit kann die Auswerteschaltung 6 bei einer korrekten Funktionsweise der drei Sensoren 9, 10, 11 jeweils bei einem Wechsel des Pegels der Signalverläufe 12, 13, 14, d.h. bei einer Flanke einen definierten Drehwinkel des Rotors erkennen, wie anhand von 2 und 3 erläutert wurde.Fällt nun beispielsweise der dritte Sensor 11 aus, so erkennt dies die Auswerteschaltung 6 durch den Vergleich der von den Sensoren 9, 10, 11 gelieferten Signalzustände und der Tabelle der 3, die in einem Speicher 15 der Auswerteschaltung 6 abgelegt ist. 5 represents a third table 24 for a sequence of states. In the third table 24 are in the first column 31 again the target states for a normal operation of the electric motor shown. In normal operation, a sequence of states should be: 0, 1, 2, 3, 4, 5. In the last column 32 are the actual states, ie the actual states shown. In addition, the values for the partially disturbed signals of the signal curves 12 . 13 . 14 shown. 0 is a low level and 1 is a high level. There is a second error condition 21 represented for an actual state. The second error condition 21 represents the not normally occurring situation that all three waveforms 12 . 13 . 14 have a high level. By recognizing the second error state 21 , which represents a normal non-occurring signal state, is from the control circuit 2 a defective sensor detected. The tables of 3 . 4 . 5 are for example in the evaluation circuit 6 stored. The evaluation circuit 6 gets from the three sensors 9 . 10 . 11 the first, second and third waveforms 12 . 13 . 14 , Thus, the evaluation circuit 6 for a correct functioning of the three sensors 9 . 10 . 11 each with a change in the level of the signal waveforms 12 . 13 . 14 , ie on a flank detect a defined angle of rotation of the rotor, as shown by 2 and 3 example. Now falls, for example, the third sensor 11 off, this recognizes the evaluation circuit 6 by comparing the from the sensors 9 . 10 . 11 supplied signal states and the table of 3 in a store 15 the evaluation circuit 6 is stored.

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Aufbau der Auswerteschaltung 6. Der Auswerteschaltung 6 werden der erste, zweite und dritte Signalverlauf 12, 13, 14 der Sensoren 9, 10, 11 zugeführt. Die Signalverläufe 12, 13, 14 werden einer Statusermittlung 16 übergeben. Die Statusermittlung 16 erkennt aufgrund der Werte der Signalzustände einen der acht möglichen Zustände. Die acht möglichen zustände werden durch die Zustände 0, 1, 2, 3, 4, 5 und die zwei Fehlerzustände 20, 21 gebildet. Die Statusermittlung 16 gibt den erkannten Zustand 17 an eine Zuordnungseinheit 18. Der erkannte Zustand kann nur einer der Zustände 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21 sein. 6 shows an embodiment of a structure of the evaluation circuit 6 , The evaluation circuit 6 become the first, second and third waveform 12 . 13 . 14 the sensors 9 . 10 . 11 fed. The waveforms 12 . 13 . 14 become a status determination 16 to hand over. The status determination 16 recognizes one of the eight possible states based on the values of the signal states. The eight possible states are given by the states 0, 1, 2, 3, 4, 5 and the two error states 20 . 21 educated. The status determination 16 gives the recognized state 17 to an allocation unit 18 , The recognized state can only be one of the states 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21.

Der von der Statusermittlung 16 erkannte Zustand, d.h. die Zustände 0, 1, 2, 3, 4, 5 und der erste und zweite Fehlerzustand 20, 21, werden auch an eine Fehlerlokalisierung 19 weiter gegeben. Bei der Fehlerlokalisierung 19 wird anhand der Abfolge der Zustände ermittelt, welcher der Sensoren 9, 10, 11 defekt ist. Dazu werden die Abfolgen der Istzustände wenigstens einer elektrischen Umdrehung des Rotors überprüft, um festzulegen, welcher Sensor defekt ist. Die Fehlerlokalisierung 19 kennt die möglichen Zustände 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21. Zudem kennt die Fehlerlokalisierung 19 die möglichen Abfolgen der Zustände für die möglichen Fehlerzustände. Dazu sind entsprechende Tabellen für die Abfolgen der Zustände in der Fehlerlokalisierung 19 abgelegt. Zudem kennt die Fehlerlokalisierung 19 auch die Abfolge der Sollzustände für den gewünschten Betrieb des Elektromotors. Anhand eines einfachen Vergleiches der aufgetretenen Abfolge der Zustände und der möglichen Abfolgen der Zustände erkennt die Fehlerlokalisierung 19 welcher Sensor defekt ist und welches Fehlsignal der Sensor abgibt. Dabei können sechs Fehlersituationen und eine fehlerfreie Situation erkannt werden. Die sechs Fehlersituationen betreffen die drei Sensoren, wobei jeder Sensor auf einem hohen Pegel oder einem niedrigen Pegel festhängen kann. Sind zwei Sensoren defekt, kann in der Regel keine Winkelerkennung mehr erfolgen. The one of the status determination 16 detected state, ie the states 0, 1, 2, 3, 4, 5 and the first and second error state 20 . 21 , are also due to a fault location 19 passed on. In the fault location 19 is determined by the sequence of states, which of the sensors 9 . 10 . 11 is defective. For this purpose, the sequences of the actual states of at least one electrical revolution of the rotor are checked to determine which sensor is defective. The fault location 19 knows the possible states 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21. In addition, the error localization knows 19 the possible sequences of the states for the possible error states. Corresponding tables for the sequences of the states in the error localization are 19 stored. In addition, the fault localization knows 19 also the sequence of desired states for the desired operation of the electric motor. Based on a simple comparison of the sequence of states that have occurred and the possible sequences of the states, the error localization recognizes 19 which sensor is defective and which false signal the sensor emits. Thereby six error situations and a faultless situation can be detected. The six error situations affect the three sensors, with each sensor stuck at a high level or a low level. If two sensors are defective, usually no angle detection can be performed.

Die von der Fehlerlokalisierung 19 erkannte Situation wird an den Auswahlblock 25 weiter geleitet. Im Auswahlblock 25 ist für jede der möglichen sieben Situationen eine Zuordnungstabelle 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 abgelegt, die für jede der sieben möglichen Situationen jedem der möglichen Zustände 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21 einen Winkel zuordnet. Abhängig von der von der Fehlerlokalisierung erkannten Situation werden den Zuständen 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21 unterschiedliche Winkel zugeordnet. Sowohl die Winkel für die Fehlerzustände 20, 21 als auch die Winkel für die Zustände 1, 2, 3, 4, 5 können abhängig von den sechs möglichen Situationen mit einem defekten Sensor unterschiedliche Werte, d.h. im Vergleich zur fehlerfreien Situation korrigierte Winkelwerte annehmen. Die Winkelwerte können beispielsweise in der Weise für eine Situation mit einem fehlerhaften Sensor korrigiert sein, dass ein gesamter Winkelfehler über alle Zustände einer elektrischen Umdrehung des Rotors reduziert, insbesondere minimiert ist. Die Zuordnungstabellen 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 sind vorab ermittelt und abgespeichert. The error localization 19 recognized situation is sent to the selection block 25 passed on. In the selection block 25 is an allocation table for each of the seven possible situations 41 . 42 . 43 . 44 . 45 . 46 . 47 which assigns an angle to each of the possible states 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21 for each of the seven possible situations. Depending on the situation detected by the error localization, the states 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21 are assigned different angles. Both the angles for the error states 20 . 21 as well as the angles for the states 1, 2, 3, 4, 5 can, depending on the six possible situations with a defective sensor, assume different values, ie corrected angle values compared to the error-free situation. For example, the angle values may be corrected for a situation with a faulty sensor such that a total angle error is reduced, in particular minimized, over all states of one electrical revolution of the rotor. The allocation tables 41 . 42 . 43 . 44 . 45 . 46 . 47 are determined in advance and stored.

Für eine sichere Erkennung benötigt die Fehlerlokalisierung 19 in der Regel wenigstens die erfassten Zustände für eine gesamte elektrische Umdrehung des Rotors. Somit kann die Fehlerlokalisierung 19 die erkannte Situation in der Regel erst nach einer elektrischen Umdrehung des Rotors an die Auswahleinheit 23 übergeben. Folglich kann die Auswahleinheit 23 die der Situation zugeordnete Zuordnungstabelle 41, 42, 43, 44, 45, 46 in der Regel erst nach einer elektrischen Umdrehung des Rotors an die Zuordnungseinheit 18 übergeben. For a reliable detection requires the fault localization 19 usually at least the detected states for a total electrical revolution of the rotor. Thus, the fault location 19 the detected situation usually only after an electrical rotation of the rotor to the selection unit 23 to hand over. Consequently, the selection unit 23 the assignment table assigned to the situation 41 . 42 . 43 . 44 . 45 . 46 usually after an electrical rotation of the rotor to the allocation unit 18 to hand over.

Die Zuordnungseinheit 18 ermittelt für den Zustand 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21, der von der Statusermittlung 16 zur Verfügung gestellt wird und abhängig von der Zuordnungstabelle 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 für den Zustand den in der Tabelle abgespeicherten Winkel und gibt den Korrekturwinkel an die Steuerschaltung 2 bzw. an ein Subsystem. In der Ausgangssituation kann die Zuordnungseinheit die erste Zuordnungstabelle 31 verwenden, die einem fehlerfreien Betrieb der Sensoren entspricht. Aufgrund der ersten Zuordnungstabelle 31 ermittelt die Zuordnungseinheit 18 folgende Winkelwerte für die Zustände: Für den nullten Zustand 0 wird für den Rotor ein Winkel von 30° angenommen. Für den ersten Zustand 1 wird für den Rotor ein Winkel von 90° angenommen. Für den zweiten Zustand 2 wird für den Rotor ein Winkel von 150° angenommen. Für den dritten Zustand 3 wird für den Rotor ein Winkel von 210° angenommen. Für den vierten Zustand 4 wird für den Rotor ein Winkel von 270° angenommen. Für den fünften Zustand 5 wird für den Rotor ein Winkel von 330° angenommen. Die entsprechenden Winkel werden als momentane Drehwinkelposition an die Steuerschaltung 2 oder an ein Subsystem, wie zum Beispiel eine Drehzahlerfassung weiter. The allocation unit 18 determined for the state 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21, the status of the determination 16 is made available and depends on the allocation table 41 . 42 . 43 . 44 . 45 . 46 . 47 for the state, the angle stored in the table and gives the correction angle to the control circuit 2 or to a subsystem. In the initial situation, the allocation unit can use the first allocation table 31 use, which corresponds to error-free operation of the sensors. Due to the first allocation table 31 determines the allocation unit 18 The following angle values for the states: For the zeroth state 0, an angle of 30 ° is assumed for the rotor. For the first state 1, an angle of 90 ° is assumed for the rotor. For the second state 2, an angle of 150 ° is assumed for the rotor. For the third state 3, an angle of 210 ° is assumed for the rotor. For the fourth state 4, an angle of 270 ° is assumed for the rotor. For the fifth state 5, an angle of 330 ° is assumed for the rotor. The corresponding angles are referred to the control circuit as instantaneous rotational angle position 2 or to a subsystem, such as speed sensing.

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 20, 21 vorausgehen und/oder folgen auch korrigierte Winkelwerte zugeordnet werden, obwohl für die vorausgehenden oder folgenden Zustände fehlerfreie Zustände 0, 1, 2, 3, 4, 5 erkannt wurden. Vorzugsweise werden die korrigierten Winkelwerte in der Weise gewählt, dass ein Winkelfehler minimiert wird. In a further embodiment, the corrected angle value can be determined as a function of the sequence of the detected states, wherein the corrected angle value deviates from the angle value if the sensors function correctly. In addition, depending on the selected implementation, for at least one of the states that is the fault state 20 . 21 preceded and / or follow also corrected angle values are assigned, although for the preceding or following states error-free states 0, 1, 2, 3, 4, 5 were detected. Preferably, the corrected angle values are chosen such that an angle error is minimized.

Zudem wird der defekte Sensor über eine Signalleitung 20 an Subsysteme wie zum Beispiel die Drehzahlerfassung weitergemeldet. In addition, the defective sensor via a signal line 20 Submitted to subsystems such as the speed detection.

Mithilfe des beschriebenen Verfahrens wird trotz eines defekten Sensors eine ausreichende Genauigkeit mithilfe von zwei Sensoren für eine Steuerung des Elektromotors 1, insbesondere für eine Kommutierung des Elektromotors 1 mithilfe der Steuerschaltung 2 und der Kommutatorschaltung 3, erreicht. With the described method, despite a defective sensor, sufficient accuracy is achieved by means of two sensors for controlling the electric motor 1 , in particular for a commutation of the electric motor 1 using the control circuit 2 and the commutator circuit 3 , reached.

Claims (12)

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.  A method 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, for fixed states of the signals of the three sensors angular positions for the Rotor are stored, whereby 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. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach Erkennen eines defekten Sensors eine Abfolge der erfassten Zustände mit abgespeicherten Abfolgen von Zuständen verglichen wird, und wobei aufgrund des Vergleichs festgelegt wird, welcher Sensor defekt ist.  The method of claim 1, wherein after detecting a defective sensor, a sequence of the detected states is compared with stored sequences of states, and wherein it is determined based on the comparison, which sensor is defective. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Abfolge der erfassten Zustände mit abgespeicherten Abfolgen der Zustände für festgelegte Betriebszustände des Elektromotors mit einem defekten Sensor verglichen wird, und wobei durch den Vergleich der defekte Sensor ermittelt wird.  The method of claim 2, wherein the sequence of detected states is compared with stored sequences of states for specified operating conditions of the electric motor with a defective sensor, and wherein the comparison of the defective sensor is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Erkennen eines defekten Sensors für wenigstens einen Zustand ein gegenüber einem fehlerfreien Fall korrigierter Winkelwert abgespeichert ist, und wobei der korrigierte Winkelwert für den Zustand verwendet wird.  Method according to one of the preceding claims, wherein upon detection of a defective sensor for at least one state, an error value corrected against an error-free angle value is stored, and wherein the corrected angle value for the state is used. Verfahren nach einem der vorhergehen Ansprüche, wobei eine Abfolge von erfassten Zuständen mit abgespeicherten Abfolgen von Zuständen verglichen wird, 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.  Method according to one of the preceding claims, wherein a sequence of detected states is compared with stored sequences of states, whereby one of a plurality of possible error situations is identified based on the comparison, wherein an allocation table is provided for the possible error situations, wherein in the allocation table for the States angle are stored, and wherein the assignment table stored for the detected error situation is used to use for the detected state stored in the allocation table angle. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Zuordnungstabelle vorab ermittelt wird und abgespeichert ist.  The method of claim 5, wherein the allocation table is determined in advance and stored. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Erkennen eines Zustandes für einen defekten Sensor auch Winkelwerte für vorausgehende Zustände und/oder Winkelwerte für folgende Zustände korrigiert werden, insbesondere in der Weise korrigiert werden, dass ein Winkelfehler minimiert wird. Method according to one of the preceding claims, wherein 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, in particular corrected in such a way that an angle error is minimized. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information, welcher Sensor ausgefallen ist, an ein Subsystem übergeben wird.  Method according to one of the preceding claims, wherein the information which sensor has failed is transmitted to a subsystem. Verfahren nach Anspruch 8, wobei als Subsystem eine Drehzahlerfassung verwendet wird.  The method of claim 8, wherein a speed detection is used as a subsystem. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für einen Start eines Elektroantriebes wenigstens während einer ersten Drehung des Elektromotors eine Kommutierung gesteuert durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein for a start of an electric drive, at least during a first rotation of the electric motor, a commutation is controlled controlled. Auswerteschaltung mit einer Statusermittlung (16), wobei die Statusermittlung (16) ausgebildet ist, um einen Zustand zu ermitteln, wobei ein Zustand Signale von drei Sensoren zur Ermittlung einer Winkelposition eines Rotors umfasst, wobei eine Fehlerlokalisierung (19) vorgesehen ist, wobei die Fehlerlokalisierung (19) 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 (18) vorgesehen ist, wobei die Zuordnungseinheit (18) ausgebildet ist, um abhängig vom Zustand den von der Auswahleinheit (19) festgelegten Winkel für den Zustand auszugeben. Evaluation circuit with status determination ( 16 ), whereby the status determination ( 16 ) is configured to determine a state, wherein a state comprises signals from three sensors for determining an angular position of a rotor, wherein an error localization ( 19 ), the fault localization ( 19 ) is designed to detect an error situation on the basis of a sequence of states, wherein a selection unit is provided, wherein the selection unit is designed to assign fixed angles to the states as a function of the recognized error situation, and wherein an allocation unit ( 18 ), the allocation unit ( 18 ) is formed, depending on the state of the selection unit ( 19 ) output angle for the state. Elektromotor, insbesondere für einen Elektroroller, mit einer Auswerteschaltung gemäß Anspruch 11.  Electric motor, in particular for an electric scooter, with an evaluation circuit according to claim 11.
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