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HINTERGRUND
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a) Technisches Feld
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors. Insbesondere betrifft es ein Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors zum Verbessern einer Präzision zum Berechnen der Drehzahl des Motors rotierend bei einer hohen Drehzahl und einer Rotorposition des Motors mittels des Hall-Sensors.
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b) Stand der Technik
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Umweltfreundliche Fahrzeuge, beispielsweise Brennstoffzellenfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge und anschließbare Elektrofahrzeuge umfassen eine Vielzahl von Motoren zum Generieren von Energie und Antreiben eines Fahrzeugs und eines Hall-Sensors zum Detektieren von Umdrehungen pro Minute (UpM) jedes Motors zum genaueren Kontrollieren des Antriebs des Motors.
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Die Hall-Sensoren sind an vorbestimmten Winkelabschnitten an einer vorbestimmten Position jedes Motors angebracht und jeder Hall-Sensor kann konfiguriert sein um ein An- oder Aus-Digitalzeichen basierend auf einer Rotation eines Rotors des Motors zum Gewinnen einer Positionsinformation des Rotors und Ausführen einer Serie von Kontrollen zur Motorsteuerung (beispielsweise Berechnen einer Drehzahl und dergleichen) basierend auf der Positionsinformation zu generieren. Insbesondere wird ein typisches Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl mittels eines Hall-Sensors in Bezug auf die beigefügten 1 und 2 beschrieben. Ein Antriebsregler ist konfiguriert zum Bestimmen einer Zeit, bis das Signal des Hall-Sensors von hoch zu niedrig oder von niedrig zu hoch wechselt, an einem vorbestimmten Zeitintervall, welches als Tc bezeichnet ist.
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Beispielsweise zeigt 1, wenn der Wechsel des Hall-Sensorsignals nur m-fach erkannt wird, die Zeit, wenn das Signal erkannt wird, wird mTc und die Drehzahl ist berechnet durch die folgende Gleichung 1.
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In der obigen Gleichung 1 repräsentiert m eine Wechselperiode des Hall-Signals, welches ist die Zeit, bis das Signal des Hall-Sensors von hoch zu niedrig oder von niedrig zu hoch gewechselt ist, Tc repräsentiert das vorbestimmte Zeitintervall zum Bestätigen des Signals des Hall-Sensors, und N repräsentiert die Anzahl der Pole des Motors.
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Allerdings hat das typische Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl mittels eines Hall-Sensors die folgenden Probleme.
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Erstens können Fehler während der Kalkulation der Drehzahl und der Rotorposition auftreten. Wie in 1 gezeigt, tritt ein Fehler ΔT1 – ΔT2 zwischen einer Zeit Treal, wenn ein Messwert des Hall-Sensors sich tatsächlich ändert, und einer gemessenen Zeit mTc auf, wie in der folgenden Gleichung 2, so dass Fehler in der Berechnung der Drehzahl auftreten.
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Gleichung 2
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Treal = mTc + ΔT1 – ΔT2
Treal – mTc = ΔT1 – ΔT2
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Ferner wird ein Positionswert des Rotors basierend auf einem Zeitpunkt bestätigt, wenn der Messwert des Hall-Sensors von niedrig zu hoch wie zum Zeitpunkt ➀ der 1 gewechselt ist. Jedoch tritt zum Zeitpunkt ➀ ein Zeitfehler, ΔTc bezeichnet, auf zwischen der Zeit, wenn der Messwert des Hall-Sensors sich tatsächlich ändert, und der Zeit, wenn der Regler den Wechsel in dem Messwert des Hall-Sensors erkennt, und in gleicher Weise tritt ein Zeitfehler, ΔT2 bezeichnet, sogar zu einem Zeitpunkt ➁ der 1 auf, so dass Fehler während der Kalkulation der Rotorposition auftreten.
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Zweitens können die folgenden Probleme aufgrund des Auftretens von Fehlern während der Kalkulation der Drehzahl und der Rotorposition auftreten.
- 1) Die Berechnungsfehler der Drehzahl können Fehler eines Messwerts von einer Feed-back-Drehzahl, verwendet in einem Drehzahlregler unter Konfigurationen des Antriebsreglers wie in 2 gezeigt, verursachen und so dass ein Output-Strom-Kommandowert des Drehzahlreglers fluktuieren kann.
- 2) Die Berechnungsfehler hinsichtlich der Rotorposition können Fehler des Positionswertes des Rotors, verwendet in einem Stromregler, verursachen und somit kann eine Welle in einem Strom, der einem Dreiphasenmotor zugeführt wird, auftreten, so dass der Drehzahlregelung instabil sein kann.
- 3) Die Instabilität hinsichtlich Drehzahl und Stromregelung kann auftreten und Regelungseffizienz des Motors und des Inverters kann geschwächt sein aufgrund des Auftretens von Fehlern während der Berechnung der Drehzahl und der Rotorposition, sowie eine Wärmegenerierung des Motors kann begünstigt sein aufgrund der Verschlechterung der Motoreffizienz, und somit kann auch eine Kühlleistung verschlechtert sein.
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Drittens, während das Zeitintervall Tc bestätigt, dass das Signal des Hall-Sensors fällt, können die Berechnungsfehler hinsichtlich der Drehzahl und der Rotorposition reduziert sein, aber ein Berechnungsaufwand einer CPU des Antriebsreglers kann gesteigert sein.
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Generell, wenn der Antriebsregler eine Schaltfrequenz von einigen kHz bis einigen zehn kHz verwendet, ist der Antriebsregler konfiguriert zum Leisten einer komplexen Berechnung involviert in der Motorregelung für eine Zeit von etwa 100 μs zum Bestimmen eines Pulsweitenmodulation(PWM)-Tastverhältnisses und dadurch ist der Berechnungsaufwand wesentlich. Hierdurch kann es unmöglich sein, die Signal bestätigende Periode des Hall-Sensors unendlich kurz zu machen aufgrund von Restriktionen des Berechnungsaufwands des Antriebsreglers.
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Viertens, unter Berücksichtigung, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Motors, verwendet in einem Kompressor für Luftzuführung des Brennstoffzellenfahrzeugs, angestiegen ist, wenn Spezifikationen eines Luftzuführdrucks angestiegen sind, so dass der Motor von einigen zehn bis einigen hundert Umdrehungen pro Minute zu einigen hundert bis einigen tausend Umdrehungen pro Minute angetrieben ist, kann das Auftreten von Fehlern während des Berechnens der Drehzahl und der Rotorposition mittels des Hall-Sensors die Degradation in Brennstoffeffizienz und Powerleistung eines Brennstoffzellenfahrzeugs verursachen.
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Unterdessen kann zur genaueren Berechnung der Drehzahl und der Rotorposition anstelle eines Hall-Sensors ein Koordinatenwandlersensor verwendet werden, jedoch ist der Koordinatenwandlersensor teurer als der Hall-Sensor und hat einen Nachteil hinsichtlich eines Gehäuses zum Anbringen des Koordinatenwandlersensors und wird dadurch selten verwendet in anderen Komponenten mit Ausnahme von einem Antriebsmotor des Brennstoffzellenfahrzeugs.
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Die obige Information, offenbart in diesem Abschnitt, ist lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung bestimmt und kann daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, welcher bereits in diesem Land für den Fachmann bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors zum Verbessern einer Berechnungspräzision hinsichtlich der Drehzahl des Motors rotierend bei einer im Wesentlichen hohen Drehzahl und der Rotorposition mittels des Hall-Sensors basierend auf Konfigurationen, wie z. B. eines Anbringens des Hall-Sensors innerhalb des Motors als ein Positionssensor, einem Antriebsregler, bestimmt zum Empfangen eines Signals des Hall-Sensors zum Betreiben des Motors, und einem Mikrocomputer, bestimmt zum Speichern einer Zeit, wenn der Antriebsregler den Zeitpunkt einer Veränderung in dem Signal des Hall-Sensors erkennt.
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In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors bereit, wobei das Verfahren enthält: Bestimmen, ob ein Signalwert des Hall-Sensors verändert ist; Berechnen einer Zeit Taktuell, wenn ein Berechnen zum Bestimmen eines Pulsweitenmodulation(PWM)-Tastverhältnisses startet, und einer Zeit THall zu einem Punkt, an welchem der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist beim Lesen eines internen Taktzählerwertes einer zentralen Prozessierungseinheit (CPU), angeordnet innerhalb eines Inverter-Reglers, wenn der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist; Berechnen einer Drehzahl ωr basierend auf der Zeitinformation THall, wenn ein Signalwert des Hall-Sensors verändert ist zu einer vorherigen Zeit, welche nahe zu einer aktuellen Zeit und Zeitinformation THall_alt ist, welches den alten THall Wert repräsentiert; und Berechnen einer Rotorposition basierend auf einer Zeitdifferenz ΔT zwischen der Taktuell und der THall.
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Berechnung der aktuellen Zeit durchgeführt werden, wenn die Berechnung zum Bestimmen des PWM-Tastverhältnisses startet zwischen den Zeiten, wenn das Signal des Hall-Sensors verändert ist, und der Zeit, wenn ein nächster Signalwert des Hall-Sensors verändert ist. Zusätzlich kann ein Mikrocomputer, welcher innerhalb des Inverter-Regers angeordnet ist, konfiguriert sein zum Generieren eines Events, getriggert durch einen Wechsel in dem Signal des Hall-Sensors vor dem Prozess zur Signalwertbestimmung und dem internen Taktzählerwert der CPU kann in einem spezifischen Speicher des Mikrocomputers als ein Wert zum Messen der THall an einem Punkt, an welchem der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist, basierend auf dem generierten Event, automatisch gespeichert werden.
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Durch die oben genannte Konfiguration umfasst die vorliegende Erfindung folgende Effekte.
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Erstens kann es möglich sein, genauer die Drehzahl der Motorrotation bei hoher Drehzahl mittels des Hall-Sensors genauer zu berechnen.
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Zweitens kann es möglich sein, eine Kontrolleffizienz des Motors durch genaueres Berechnen der Rotorposition des Motors mittels des Hall-Sensors zu verbessern.
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Drittens kann es möglich sein, Kosteneinsparungen zu realisieren durch genauere Berechnung der Motorposition und Bestimmen der Drehzahl durch das Nutzeneines günstigen Hall-Sensors anders als beim Nutzen eines teuren Koordinatenwandlers.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen, wie in den beiliegenden Figuren illustriert, beschrieben, welche nachstehend nur der Veranschaulichung dienen und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken, und wobei:
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1 ist ein beispielhaftes Diagramm, illustrierend ein Verfahren zum Messen einer Drehzahl mittels eines Hall-Sensors gemäß der verwandten Technik;
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2 ist ein exemplarisches Diagramm, illustrierend einen Antriebsregler umfassend einen Drehzahlregler und einen Stromregler gemäß der verwandten Technik;
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3 ist ein beispielhaftes Konfigurationsdiagramm, illustrierend ein Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 ist ein exemplarisches Diagramm, illustrierend ein Beispiel eines Dreiphasenschaltkreises innerhalb eines Inverter-Reglers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 ist ein exemplarisches Diagramm, illustrierend ein Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 ist ein exemplarisches Flussdiagramm, illustrierend das Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7 und 8 sind exemplarische Diagramme illustrierend ein Beispiel eines Wechsels in einem Signalwert des Hall-Sensors basierend auf einer Anbringungsposition des Hall-Sensors und der Rotorposition gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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9 und 10 sind exemplarische Graphen, illustrierend einen Vergleich von Resultaten hinsichtlich Versuchsbeispielen in Bezug auf das Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem existierenden Verfahren.
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Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale zeigen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die speziellen Merkmale der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich beispielsweise bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die Vorgabe und Bedingungen der speziell angestrebten Anwendung und Verwendung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung durchgehend auf die verschiedenen Figuren der Zeichnung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es soll verstanden werden, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „Fahrzeug...”; oder jeder andere ähnliche Begriff, wie er hierin verwendet wird, Motorfahrzeuge allgemein, wie beispielsweise Personenkraftwagen, einschließlich Geländewagen (sports utility vehicles, SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Industriefahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, anschließbare Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge, die mit anderen alternativen Kraftstoffen (z. B. Kraftstoffen, die aus einer andere Quelle als Erdöl stammen) betrieben werden, einschließt. Wie er hierin verwendet wird, bezeichnet ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das über zwei oder mehr Antriebsquellen verfügt, zum Beispiel ein Fahrzeug, das sowohl mit Benzin als auch mit Strom betrieben wird.
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Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform unter Verwendung einer Vielzahl von Einheiten zum Betreiben des exemplarischen Prozesses beschrieben ist, sollte es verstanden werden, dass die exemplarischen Prozesse auch bei einem oder einer Vielzahl von Modulen ausgeführt werden kann. Zusätzlich sollte verstanden werden, dass der Begriff Regler/Regelungseinheit sich auf eine Hardwarevorrichtung bezieht, welche einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist konfiguriert zum Speichern der Module und der Prozessor ist speziell konfiguriert zum Verwalten besagter Module zum Leisten einer oder mehrerer Prozesse wie sie weiter unten beschrieben sind.
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Ferner kann eine Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als transistorlose computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium umfassend ausführbarer Programminstruktionen vorliegen, welche durch einen Prozessor, Regler/Regelungseinheit oder dergleichen ausführbar sind. Beispiele für die computerlesbaren Medien umfassen, sind aber nicht begrenzt auf, ROM, RAM, Compactdiskette(CD)-ROMs, magnetische Kassetten, Disketten, Flashtreibern, Smartcards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufnahmemedium kann ferner in einem Netzwerk verbunden mit Computersystemen verteilt sein, sodass das computerlesbare Medium gespeichert ist und in einer verteilten Art und Weise ausgeführt wird, beispielsweise durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Netzwerk (CAN).
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung daher in keiner Weise einschränken. Wie sie hierin verwendet werden, sollen die Singularformen „ein, eine, eines”; und „der, die, das” auch die Pluralformen umfassen, solange aus dem Kontext nicht klar etwas anderes hervorgeht. Weiter soll verstanden werden, dass die Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend”, wenn sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente und/oder Komponenten/Bestandteile angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Komponenten/Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie er hierin verwendet wird, schließt der Begriff „und/oder” jegliche und alle Kombination eines oder mehrerer der damit verbundenen aufgelisteten Punkte ein.
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Soweit nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist, soll der Begriff „etwa” wie er hierin verwendet wird, als innerhalb eines Bereichs mit in der Wissenschaft normalen Toleranzgrenzen liegend verstanden werden, zum Beispiel als innerhalb von 2 Standardabweichungen vom Mittelwert liegend. „Etwa” kann verstanden werden als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05%, oder 0,01% vom angegebenen Wert liegend. Soweit es aus dem Kontext nicht anderweitig klar hervorgeht, gelten alle hierin angegebenen Zahlenwerte als um den Begriff „etwa” modifiziert.
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Nachstehend wird im Detail Bezug auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind und unten beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist zu verstehen, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu begrenzen. Im Gegenteil beabsichtigt die Erfindung, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen zu schützen, sondern vielmehr weitere Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche innerhalb des Geistes und des Umfangs der Erfindung umfasst sein können, wie durch die anhängigen Ansprüche definiert, sind ebenfalls inkludiert.
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Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 3 ist ein beispielhaftes Konfigurationsdiagramm illustrierend ein Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt eine beispielhafte Konfiguration des Verfahrens zum Bestimmen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher die Konfiguration einen innerhalb des Motors angebrachten Hall-Sensor als einen Positionssensor, einen Inverter-Regler (beispielsweise einen Antriebsregler) konfiguriert zum Empfangen eines Signals des Hall-Sensors zum Betreiben des Motors, eines Mikrocomputers innerhalb des Inverter-Reglers, verbunden zu dem Hall-Sensor über eine Dreiphasensignallinie zum Erkennen eines Wechsels in einem Signal des Hall-Sensors und dergleichen, umfassen kann.
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Wie in 4 gezeigt, kann der Inverter-Regler einen Dreiphasenschaltkreis umfassen, konfiguriert zum Justieren eines Dreiphasenoutputs und Leisten einer PWM-Tastverhältniskontrolle an sechs Schaltungen S1 bis S6 innerhalb des Dreiphasenschaltkreises basierend auf einer Frequenz von einigen kHz bis einigen zehn kHz zum Leisten einer Stromregelung zum Betreiben eines Motoroutputs.
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Der Inverter-Regler kann konfiguriert sein zum Ausführen verschiedener Berechnungen (beispielsweise Berechnen einer Rotorposition und einer Drehzahl, Erkennen eines Dreiphasenstroms, Justieren eines Stroms, Bestimmen eines nächsten Dreiphasen-Spannung-Outputwerts, und Bestimmen eines nächsten PWM-Tastverhältnisses, und dergleichen), welche erforderlich sind zum Bestimmen des PWM-Tastverhältnisses bei jeder Update-Periode TPWM des PWM-Tastverhältnisses, bestimmt durch eine Schaltfrequenz des Dreiphasenschaltkreises. Insbesondere für den Stromregler, angeordnet innerhalb des Inverter-Reglers zum genaueren Kontrollieren eines Stroms sind weitere Informationen erforderlich in Bezug auf die akkurate Rotorposition und Drehzahl bei jeder PWM-Tastverhältnisperiode. Das Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassend die obige Konfiguration wird unten im Detail beschrieben.
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5 ist ein exemplarisches Diagramm illustrierend das Verfahren zum Messen einer Drehzahl mittels eines Hall-Sensors gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere Referenzen ➂ und ➃, illustriert in 5, repräsentieren eine Zeit, wenn die Berechnung des Stromreglers zum Bestimmen des PWM-Tastverhältnisses in einem nächsten Schritt startet, und eine Zeit zwischen ➀ und ➁ repräsentiert eine Zeit THall_update, welche erforderlich ist, um einen Signalwert des Hall-Sensors zu ändern.
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Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist wie in ➀ oder ➁ in 5 gezeigt, kann der Mikrocomputer (beispielsweise der Regler) konfiguriert sein zum Generieren eines Events getriggert durch die Veränderung in dem Signal des Hall-Sensors und eines internen Taktzählerwertes der CPU, konfiguriert zum Messen von Zeitinformationen, wenn der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist, bezeichnet als eine Zeit THall an einem Punkt, an welchem der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist basierend auf dem generierten Event, kann in einem spezifischen Speicher des Mikrocomputers automatisch gespeichert sein.
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Da sich der interne Taktzählerwert der CPU zum Messen der Zeitinformation THall, wenn der Signalwert des Hall-Sensors sich verändert, automatisch in einem spezifischen Speicher des Mikrocomputers aufgenommen wird, ist es somit möglich, die Zeitinformation genauer zu bestimmen, wenn der Signalwert des Hall-Sensors sich verändert, abweichend zur verwandten Technik.
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Ähnlich zu dem Zeitpunkt ➃ wie in 5 gezeigt, wenn der Signalwert des Hall-Sensors sich verändert nach einem Berechnungszeitpunkt ➂ kurz vor dem Zeitpunkt ➃, die Zeitinformation des Zeitpunkts ➃ als Zeit Taktuell bezeichnet, wenn die Berechnung zum Bestimmen des PWM-Tastverhältnisses startet, kann bestimmt werden durch Lesen des internen Taktzählerwertes der CPU. Während der Berechnung zum Zeitpunkt ➃ kann die Rotationsgeschwindigkeit des Motors berechnet sein basierend auf einer Zeitinformation THall, wenn ein Signalwert des Hall-Sensors verändert ist an einem vorherigen Zeitpunkt, welches am nächsten zu einer aktuellen Zeit und der Zeitinformation THall_alt, welches den alten THall Wert repräsentiert, und die genauere Rotorpositionsinformation zum Zeitpunkt kann berechnet werden basierend auf einer Zeitdifferenz ΔT zwischen der Taktuell und der THall.
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Als Referenz, der CPU-Taktzähler kann eine zeitliche Auflösung soviel wie eine Leistung der CPU haben. Insbesondere, wenn die CPU, eingesetzt für eine Antriebsregelung eine Leistungsfähigkeit von zumindest einigen kHz oder größer innehat, kann eine Zeitberechnung bei einer Auflösung von etwa 100 ns oder größer geleistet werden, und somit kann die Drehzahl der Motorumdrehung bei hunderten oder tausenden von Umdrehungen pro Minute oder größer und auch die Rotorposition genauer berechnet werden. Eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme der 5 und 6 beschrieben.
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Wie oben beschrieben, kann der Mikrocomputer konfiguriert sein zum Generieren des Events, getriggert durch die Veränderung in dem Signalwert des Hall-Sensors, und ob ein nächster Signalwert des Hall-Sensors sich verändert, kann bestimmt sein, wenn der interne Taktzählerwert der CPU zum Messen der Zeitinformation, wenn der Signalwert des Hall-Sensors sich verändert, bezeichnet als die Zeit THall an dem Punkt, an welchem der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist, basierend auf dem generierten Event kann automatisch gespeichert sein in dem spezifischen Speicher des Mikrocomputers (S101). Beispielsweise, wie in 5 gezeigt, in Antwort zum Bestimmen, ob der nächste Signalwert des Hall-Sensors verändert ist, wenn der interne Taktzählerwert der CPU automatisch aufgenommen ist zu einem Zeitpunkt ➀, Zeitpunkt ➁, kann ein Zeitpunkt sein, zu dem der nächste Signalwert des Hall-Sensors verändert ist.
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Insbesondere, wenn die Information in Bezug auf die genauere Rotorposition und Drehzahl an jeder PWM-Tastverhältnisperiode gemessen ist, wenn, ähnlich zu dem Zeitpunkt ➁ zwischen der PWM-Tastverhältnisperiode zwischen ➂ und ➃ von 5, der Zeitpunkt, wenn das Signal des Hall-Sensors verändert ist, vorliegt, die Berechnung der Drehzahl und der Rotorposition zum Zeitpunkt ➂ kann die gleiche sein wie eine Berechnung zum Zeitpunkt ➀ und die Berechnung der Drehzahl und der Rotorposition zum Zeitpunkt ➃ nach dem Zeitpunkt ➁, welches der Zeitpunkt ist, wenn das Signal des Hall-Sensors verändert ist, kann möglicherweise neu ausgeführt sein.
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Demgemäß, wenn der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist, vor dem Zeitpunkt ➃ und nach dem Zeitpunkt ➂, wie sie in 5 illustriert sind, zum Berechnen der Drehzahl und der Rotorposition zum Zeitpunkt ➃, die Zeitinformation zum Zeitpunkt ➃ bezeichnet als die Zeit Taktuell, wenn die Berechnung zum Bestimmen des PWM-Tastverhältnisses startet, kann berechnet sein basierend auf der folgenden Gleichung 3 durch Lesen des internen Taktzählerwerts der CPU, und der Zeit THall an dem Punkt, an welchem der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist, kann ferner berechnet werden basierend auf der folgenden Gleichung 4 durch Lesen des internen Taktzählerwerts der CPU (S102).
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Gleichung 3
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Taktuell = CPU Taktzähler × ΔTCPU
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In der obigen Gleichung 3, repräsentiert ein CPU-Taktzähler einen CPU-internen Taktzähler zum Herausfinden eines Zeitpunkts, an dem eine Operation zum Bestimmen eines PWM-Tastverhältnisses startet und ΔTCPU repräsentiert eine Zeit, wenn der CPU-Taktzähler um 1 gestiegen ist.
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Gleichung 4
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Hall = THall_Zähler × ΔTCPU
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In der obigen Gleichung 4, THall_Zähler repräsentiert den internen Taktzählerwert der CPU, welcher automatisch in dem spezifischen Speicher des Mikrocomputers gespeichert ist als die Zeitinformation basierend auf dem Event, wenn der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist wie oben beschrieben, und der ΔTCPU repräsentiert die Zeit, wenn der CPU-Taktzähler um 1 gestiegen ist.
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Ferner, die Kalkulation von der Drehzahl und der Rotorposition an einem spezifischen Zeitpunkt, nachdem der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist, beispielsweise, der Zeitpunkt ➃ kann folgerichtig fortgeschritten sein (S103 und S104). Die Drehzahl ωr kann berechnet sein auf Basis der Zeitinformation THall, wenn der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist an einer vorherigen Zeit, welche am nächsten zu einer Laufzeit und der Zeitinformation THall_alt, welches den alten THall Wert repräsentiert. Die Drehzahl kann zu dem Zeitpunkt berechnet sein (beispielsweise der Zeitpunkt ➃ in 5), wenn die Berechnung zum Bestimmen des PWM-Tastverhältnisses startet zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist und die Zeit, wenn ein nächster Signalwert des Hall-Sensors verändert ist.
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Zum Beispiel, wie in 5 gezeigt, zu der Berechnungszeit der Drehzahl zum Zeitpunkt ➃, kann die Drehzahl berechnet sein basierend auf der folgenden Gleichung 5 mittels der Zeitinformation THall, wenn der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist zu einer vorherigen Zeit, welche am nächsten ist zu einer Laufzeit und der Zeitinformation THall_alt, welche den alten THall Wert repräsentiert.
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In der obigen Gleichung 5 repräsentiert THall_aktualisien die Differenz zwischen der Zeit THall, wenn der vorherige Signalwert des Hall-Sensors verändert ist und die Zeit THall_alt, wenn der Signalwert des Hall-Sensors dem vorherigen Wert folgend verändert ist, welches die Zeit ist, welche erforderlich ist, um den Signalwert des Hall-Sensors zu verändern, und N repräsentiert die Anzahl von Polen des Motors.
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Eine Rotorposition θ des Motors kann berechnet sein basierend auf der folgenden Gleichung 6 mittels der Zeitdifferenz ΔT zwischen Taktuell und THall. Gleichermaßen kann die Rotorposition des Motors berechnet sein an einem spezifischen Zeitpunkt (beispielsweise dem Zeitpunkt ➃ in 5), wenn das PWM-Tastverhältnis zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist und dem Zeitpunkt, wenn der nächste Signalwert des Hall-Sensors verändert ist, vorliegt.
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Gleichung 6
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In der obigen Gleichung 6 repräsentiert θHall eine elektrische Position (Winkel), wenn eine Position des Hall-Sensors durch eine Position eines Motors bestimmt ist, wo der Hall-Sensor physikalisch angeordnet ist, verändert ist, und ΔT repräsentiert die Zeitdifferenz zwischen Taktuell und THall. Wenn die Berechnung der Drehzahl und der Rotorposition endet, kann THall als THall_alt gespeichert sein und θ kann als θHall (S105) gespeichert sein, welche zum Berechnen der Drehzahl und der Rotorposition verwendet werden können während der verwendeten Kalkulation zum Bestimmen des nächsten PWM-Tastverhältnisses. Insbesondere, wenn keine Veränderung in dem Signal des Hall-Sensors vorliegt, kann die Berechnung der Rotorposition berechnet werden zum Einhalten der PWM-Periode TPWM (S106).
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Unterdessen, für ein System, in welchem die Veränderung in der Drehzahl schwerwiegend ist, kann die Drehzahl schnell aktualisiert sein. Bezugnehmend auf 7 und 8 für eine generelle Berechnung der Rotorposition und der Drehzahl mittels des Hall-Sensors wenn drei Hall-Sensoren zu einem Intervall von etwa 120° installiert sein können, die Veränderung in dem Signalwert des Hall-Sensors kann erkannt werden an einem Intervall von etwa 60°, wenn drei Hall-Sensoren kombiniert sind. Dadurch zum Speichern der CPU-Taktzählerinformation und Berechnen der Drehzahl, wann immer der Signalwert des Hall-Sensors verändert ist an einem Intervall von etwa 60° wie in dem oben beschriebenen Verfahren, sodass ein Drehzahlwert näher reflektierend zu der aktuellen Drehzahl berechnet werden kann.
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Ein im Wesentlichen niedriges Signal und ein im Wesentlichen hohes Signal des Hall-Sensors tritt an einem genaueren Intervall von etwa 180° auf, aber können einen Fehler bei 180° ± α aufgrund eines Herstellungsfehlers des Motors aufweisen und somit können Fehler sogar während der Kalkulation der Drehzahl und der Rotorposition auftreten. Somit, wenn der Motor bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl betrieben wird und somit keine High-Speed-Aktualisierung erforderlich ist, zum akkurateren Berechnen der Drehzahl und der Rotorposition, die Berechnung kann kontinuierlich geleistet werden an einem der Zeitpunkte, wenn das Signal des Hall-Sensors verändert ist zu dem niedrig-hoch und der Zeitpunkt, wenn das Signal des Hall-Sensors verändert ist zu dem Hohen-Niedrigen.
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Das Ergebnis, welches durch Vergleich und Messen der Präzision der Drehzahl erhalten werden kann, wenn der Motor bei hoher im Wesentlichen konstanten Drehzahl betrieben wird und der 3-Phasenstrom, wenn der Motor bei der hohen im Wesentlichen konstanten Drehzahl betrieben wird, wenn das Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wenn das Verfahren zum Berechnen einer Drehzahl und einer Rotorposition mittels eines Hall-Sensors gemäß der verwandten Technik angewendet ist, ist illustriert in den 8 und 9. Wie in 9 gezeigt, kann es gewürdigt sein, dass der Drehzahlmesswert gemäß der vorliegenden Erfindung präziser ist bei einer im Wesentlichen Reduzierung der Fehlerrate verglichen mit der verwandten Technik. Wie in 10 gezeigt, kann es gewürdigt sein, dass die vorliegende Erfindung die 3-Phasenstromregelung-Welligkeit von etwa 90% oder größer reduzieren kann.
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Die Erfindung wurde im Detail unter Bezugnahme zu den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Jedoch versteht es sich für Fachleute von selbst, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von den Prinzipien und dem Kerngedanken der Erfindung, dem Umfang, welcher in den abhängigen Ansprüchen definiert ist, und ihren Äquivalenten abzuweichen.
