DE102015214558A1

DE102015214558A1 - Steering system for a vehicle and method for asymmetry compensation of a position sensor in an electromechanical steering system

Info

Publication number: DE102015214558A1
Application number: DE102015214558.1A
Authority: DE
Inventors: Udo Hallmann; Vadym Bulakhov
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Es werden ein Fortbewegungsmittel, ein Lenksystem sowie ein Verfahren zur Asymmetrie-Kompensation eines Positionsgebers in einem elektromechanischen Lenksystem vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Erfassen eines Sinussignals (sinϕ) und eines Kosinussignals (cosϕ) des Positionsgebers, – Bereinigen des Sinussignals (sinϕ) und des Kosinussignals (cosϕ) um einen jeweiligen Offsetwert, – Normieren des Sinussignals (sinϕ) auf einen ersten amplitudenabhängigen Wert des Kosinussignals (cosϕ), – Normieren des Kosinussignals (cosϕ) auf einen ersten amplitudenabhängigen Wert des Sinussignals (sinϕ), – Ermitteln einer vollen elektrischen Umdrehung des Positionsgebers, im Ansprechen darauf – Ermitteln eines aktualisierten amplitudenabhängigen Wertes des Sinussignals (sinϕ) und eines aktualisierten amplitudenabhängigen Wertes des Kosinussignals (cosϕ), – Normieren des Sinussignals (sinϕ) auf den aktualisierten amplitudenabhängigen Wert des Kosinussignals (cosϕ), und – Normieren des Kosinussignals (cosϕ) auf den aktualisierten amplitudenabhängigen Wert des Sinussignals (sinϕ).It is proposed a means of locomotion, a steering system and a method for asymmetry compensation of a position sensor in an electromechanical steering system. The method comprises the steps of: detecting a sinusoidal signal (sinφ) and a cosine signal (cosφ) of the position sensor, purging the sine signal (sinφ) and the cosine signal (cosφ) by a respective offset value, normalizing the sinusoidal signal (sinφ) to a first one amplitude-dependent value of the cosine signal (cosφ), normalizing the cosine signal (cosφ) to a first amplitude-dependent value of the sinusoidal signal sinφ, determining a full electrical revolution of the position transducer, in response thereto determining an updated amplitude-dependent value of the sinusoidal signal sinφ and an updated amplitude-dependent value of the cosine signal (cosφ), normalizing the sine signal (sinφ) to the updated amplitude-dependent value of the cosine signal cosφ, and normalizing the cosine signal cosφ to the updated amplitude-dependent value of the sine signal sinφ.

Description

Stand der Technik State of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, ein Lenksystem sowie ein Verfahren zur Asymmetrie-Kompensation eines Positionsgebers in einem elektromechanischen Lenksystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Behebung von Einflüssen auf eine Kompensationsmaßnahme während des Betriebes (wie z. B. einer veränderten Temperatur). The present invention relates to a means of locomotion, a steering system and a method for asymmetry compensation of a position sensor in an electromechanical steering system. In particular, the present invention relates to the elimination of influences on a compensation measure during operation (such as a changed temperature).

Im Stand der Technik wird für die Rotorpositionsermittlung eines Synchronmotors in einer elektromechanischen Lenkung ein Positionsgeber mit zwei Messkanälen verwendet, die eine Sinus- und Cosinus-Funktion des Drehwinkels des Rotors abbilden. Dies kann zum Beispiel mittels eines Resolvers erfolgen. Die Übertragungsfaktoren für Sinus- und Cosinus-Wicklungen sind unterschiedlich, da die Wicklungen (fertigungsbedingt) asymmetrisch sind und einer betriebsbedingten Temperaturveränderung unterliegen. Üblicherweise wird in einem Resolver eine Trägerfrequenz generiert, mit welcher der Resolver erregt wird. Diese Trägerfrequenz erfährt im Resolver eine temperaturabhängige Phasenverschiebung, die beim Abtasten mittels Analog-Digital-Wandler (ADC) als eine Veränderung des Übertragungsfaktors zutage tritt. Eine statische Ausgleichskorrektur ist in diesem Fall für eine elektromechanische Lenkung nicht ausreichend, da eine solche Lenkung erhöhte Anforderungen an die Momentenwelligkeit und damit an die Qualität des Positionssignals hat. Die im Stand der Technik bekannten statischen Ausgleichsverfahren sind für die erhöhten Anforderungen an die Momentenwelligkeit und die Qualität des Positionssignals nur bedingt geeignet. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den vorstehend identifizierten Bedarf zu stillen. In the prior art, a position sensor with two measuring channels is used for the rotor position determination of a synchronous motor in an electromechanical steering, which map a sine and cosine function of the rotational angle of the rotor. This can be done for example by means of a resolver. The transfer factors for sine and cosine windings are different, because the windings (due to production) are asymmetrical and subject to an operational temperature change. Usually, a carrier frequency is generated in a resolver, with which the resolver is energized. This carrier frequency experiences a temperature-dependent phase shift in the resolver, which occurs when sampling by means of analog-to-digital converter (ADC) as a change in the transmission factor. A static compensation correction is not sufficient in this case for an electromechanical steering, since such a steering has increased demands on the torque ripple and thus the quality of the position signal. The static compensation methods known in the prior art are only of limited suitability for the increased demands on the torque ripple and the quality of the position signal. It is therefore an object of the present invention to meet the needs identified above.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Asymmetrie-Kompensation eines Positionsgebers (z. B. eines Resolvers) in einem elektromechanischen Lenksystem gelöst. Zunächst werden ein Sinus-Signal und ein Cosinus-Signal des Positionsgebers erfasst. Dies kann durch an unterschiedlichen azimutalen Positionen des Resolvers angeordnete Induktionsspulen erfolgen, welche einen oder mehrere, auf dem Rotor des Positionsgebers angeordnete Permanentmagnete erfassen können. Anschließend wird ein gegebenenfalls im Sinus-Signal beziehungsweise im Cosinus-Signal vorhandener Offsetwert entfernt. Zur Asymmetrie-Kompensation wird anschließend das Sinus-Signal auf einen ersten amplitudenabhängigen Wert des Cosinus-Signals normiert. Der amplitudenabhängige Wert kann beispielsweise der Amplitudenhub des Cosinus-Signals sein. In entsprechender Weise wird das Cosinus-Signal auf einen ersten amplitudenabhängigen Wert des Sinus-Signals normiert, für welchen Entsprechendes gilt. Der Signalhub kann beispielsweise durch Ermittlung eines jeweiligen Maximal- und Minimal-Wertes der Amplitude und eine anschließende Differenzbildung ermittelt werden. Diese Ermittlung kann kontinuierlich erfolgen, solange sie nicht zurückgesetzt beziehungsweise neu initialisiert wird. Anschließend wird eine volle elektrische Umdrehung des Positionsgebers ermittelt. Die „elektrische“ Umdrehung kann insbesondere mit einer mechanischen Umdrehung des Positionsgebers übereinstimmen. Im Anschluss an die volle elektrische Umdrehung des Positionsgebers werden ein aktualisierter amplitudenabhängiger Wert des Sinus-Signals und ein aktualisierter amplitudenabhängiger Wert des Cosinus-Signals ermittelt. Auch dies kann eine jeweilige Maximal- und Minimalwertermittlung umfassen. Anschließend wird erneut normiert, indem das nun anliegende Sinus-Signal auf den aktualisierten amplitudenabhängigen Wert des Cosinus-Signals und das nun anliegende Cosinus-Signal auf den aktualisierten amplitudenabhängigen Wert des Sinus-Signals bezogen wird. Dies kann beispielsweise eine Division umfassen. Durch die aktualisierten amplitudenabhängigen Werte können veränderte Randbedingungen bestmöglich berücksichtigt werden, was zu besonders geringen Toleranzen bei der Ermittlung der Drehposition des elektromechanischen Lenksystems führt. The above object is achieved according to the invention by a method for asymmetry compensation of a position sensor (eg a resolver) in an electromechanical steering system. First, a sine signal and a cosine signal of the position sensor are detected. This can be done by arranged at different azimuthal positions of the resolver induction coils, which can detect one or more, arranged on the rotor of the position sensor permanent magnets. Subsequently, an offset value which may be present in the sine signal or in the cosine signal is removed. For asymmetry compensation, the sine signal is then normalized to a first amplitude-dependent value of the cosine signal. The amplitude-dependent value may be, for example, the amplitude swing of the cosine signal. In a corresponding manner, the cosine signal is normalized to a first amplitude-dependent value of the sine signal, to which the corresponding applies. The signal swing can be determined, for example, by determining a respective maximum and minimum value of the amplitude and a subsequent subtraction. This determination can be made continuously as long as it is not reset or reinitialized. Subsequently, a full electrical revolution of the position sensor is determined. The "electrical" rotation can in particular coincide with a mechanical rotation of the position sensor. Following the full electrical revolution of the position sensor, an updated amplitude-dependent value of the sine signal and an updated amplitude-dependent value of the cosine signal are determined. This can also include a respective maximum and minimum value determination. It is then normalized again by referring the now applied sine signal to the updated amplitude-dependent value of the cosine signal and the now applied cosine signal to the updated amplitude-dependent value of the sine signal. This may include, for example, a division. Due to the updated amplitude-dependent values, changed boundary conditions can be optimally taken into account, which leads to particularly low tolerances in determining the rotational position of the electromechanical steering system.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt können auch die Bereinigung des Sinus-Signals und des Cosinus-Signals um den jeweiligen Offsetwert im Ansprechen auf eine Ermittlung der vollen elektrischen Umdrehung des Positionsgebers erneut erfolgen. Sofern seit der letzten Offsetwert-Ermittlung eine Veränderung des Offsetwerts stattgefunden hat, kann das erfindungsgemäße Verfahren noch genauere Ergebnisse liefern. Preferably, the cleanup of the sine signal and the cosine signal by the respective offset value in response to a determination of the full electrical revolution of the position sensor can be done again. If a change in the offset value has taken place since the last offset value determination, the method according to the invention can provide even more accurate results.

Bevorzugt kann das vom Positionsgeber ausgegebene Sinus-Signal einer Analog-Digital-Wandlung unterzogen werden, bevor eine weitere Verarbeitung (Bereinigung um Offset und/oder Normieren) erfolgt. In entsprechender Weise kann das um den Offset bereinigte Sinus-Signal und/oder das normierte Sinus-Signal analog-digital-gewandelt werden. Insbesondere eine Bereinigung des Offsets lässt sich in der digitalen Domäne sehr einfach und mit wenig Rechenaufwand durchführen. Entsprechende Möglichkeiten zur Analog-Digital-Wandlung ergeben sich für das Cosinus-Signal. Das digitale Winkelsignal kann anschließend abgespeichert werden, wozu insbesondere ein 16-Bit-Fixed-Point-Format verwendet werden kann. Beispielsweise kann anhand des abgespeicherten Winkelsignals eine Veränderung der Positionswinkelerfassung über der Zeit festgestellt und eine erneute Ermittlung amplitudenabhängiger Werte zur Normierung des Sinus-Signals und des Cosinus-Signals angestoßen werden. Preferably, the sine signal output by the position transmitter can be subjected to an analog-to-digital conversion before further processing (correction by offset and / or normalization) takes place. In a corresponding manner, the sine signal corrected by the offset and / or the normalized sine signal can be analog-to-digital converted. In particular, a cleanup of the offset can be done very easily and with little computational effort in the digital domain. Corresponding possibilities for analog-to-digital conversion arise for the cosine signal. The digital angle signal can then be stored, which can be used in particular a 16-bit fixed-point format. For example, based on the stored angle signal a Change the position angle detection detected over time and a re-determination of amplitude-dependent values for normalization of the sine signal and the cosine signal are triggered.

Bekanntlich kann aus dem Sinus-Signal und dem Cosinus-Signal (welche beide erfindungsgemäß offsetbereinigt und normiert sein können) ein Arkustangenssignal mit zwei Argumenten errechnet werden, aus welchem eine Veränderung des Drehwinkels des Positionsgebers (z. B. um 90°) erfasst werden kann. Die Anzahl der Veränderungen des Drehwinkels um 90° elektrisch können gezählt werden, sodass nach einer Anzahl von vier 90°-Umdrehungen eine vollständige Umdrehung des Rotors des Positionsgebers erfolgt sein muss. Die Arkustangensfunktion kann durch Einsatz einer vorausberechneten Tabelle für Eingangswerte im Bereich von 0 bis pi/4 implementiert werden. Für den Bereich von pi/4 bis pi/2 kann die Formel arctan(sin/cos) = pi/2-arctan(cos/sin) verwendet werden. Bevorzugt wird diese Tabelle durch Darstellung des Winkelsignals in dem vorgenannten 16-Bit-Fixed-Point-Format dargestellt. Dabei entspricht der Minimalwert –32.768 dem Winkelwert –pi (oder –180°) und der Maximalwert +32.767 dem Winkelwert +pi (oder +180°). Das Ermitteln der Veränderung des Drehwinkels kann bevorzugt anhand zweier höchstwertiger Bits des Arkustangens erfolgen. Auf diese Weise ist eine eindeutige Beschreibung des aktuellen 90°-Bereiches durch einen möglichst geringen Rechenaufwand möglich. It is known that an arctangent signal with two arguments can be calculated from the sine signal and the cosine signal (both of which can be offset-corrected and normalized according to the invention) from which a change in the rotational angle of the position sensor (for example by 90 °) can be detected , The number of changes of the angle of rotation by 90 ° electrical can be counted, so that after a number of four 90 ° revolutions a complete revolution of the rotor of the position sensor must be done. The arctangent function can be implemented by using a precalculated table for input values in the range of 0 to pi / 4. For the range from pi / 4 to pi / 2, the formula arctan (sin / cos) = pi / 2-arctane (cos / sin) can be used. Preferably, this table is represented by displaying the angle signal in the aforementioned 16-bit fixed-point format. The minimum value -32.768 corresponds to the angle value -pi (or -180 °) and the maximum value +32.767 to the angle value + pi (or + 180 °). The determination of the change in the angle of rotation can preferably take place on the basis of two most significant bits of the arctangent. In this way, a clear description of the current 90 ° range by the least possible computational effort is possible.

Auch die Ermittlung der Arkustangensfunktion kann anhand einer Tabelle erfolgen, welche für Wertepaare des bereinigten und normierten Sinus-Signals und des bereinigten und normierten Cosinus-Signals jeweilige Arkustangenswerte bereithält. Somit kann die Berechnung der Arkustangensfunktion vollständig in der digitalen Domäne erfolgen. The determination of the arctangent function can also be carried out using a table which holds respective arctangent values for value pairs of the adjusted and normalized sine signal and of the adjusted and normalized cosine signal. Thus, the calculation of the arctangent function can be done entirely in the digital domain.

Die Identifikation einer Umdrehung um 90° (elektrisch) kann – wie oben ausgeführt – mit Hilfe einer zweiten Tabelle erfolgen. Dafür wird der in einem vorherigen Berechnungszyklus ermittelte Winkelwert abgespeichert. Es werden die zwei Bits mit den höchsten Stellenwerten eines aktuellen Winkelwertes und die zwei Bits eines vorherigen Winkelwertes einander gegenüber gestellt. So ergeben sich vier Bits und 16 mögliche Kombinationen. Beispielsweise kann eine Tabelle mit 16 Einträgen angelegt werden. Jedes Element entspricht einer Kombination und stellt eine Veränderung des Umdrehungszählers dar. Wenn die zwei höchsten Bits der beiden Winkelwerte gleich sind, dann ist das entsprechende Element in der Tabelle gleich 0 und damit findet keine Veränderung des Zählers statt. Wenn die zwei höchsten Bits beider Winkelwerte nicht gleich sind, dann wird der Zähler um „1“ erhöht beziehungsweise verringert. Eine volle elektrische Umdrehung wird für den Zeitraum erkannt, in welchem der Zählerwert um fünf größer oder kleiner geworden ist (Drehsinn positiv oder negativ). In diesem Fall werden zwei Offsets und ein Korrekturfaktor neu berechnet. Der Offsetwert wird pro Kanal als Mittelwert aus den ermittelten Maximal- und Minimal-Werten der Sinus- und Cosinus-Signale berechnet. Der Einsatz der Arkustangensfunktion für die Winkelberechnung fordert lediglich die Gleichheit der Amplituden von Sinus- und Cosinus-Signal, lässt die tatsächliche Amplitude der Signale außer Betracht. Das heißt, dass der Korrekturfaktor für den Sinus-Kanal (über welchen das Sinussignal erhalten wird) gleich 1 angenommen werden darf. Dies vereinfacht die Korrekturfaktorenrechnung. Der Korrekturfaktor für den Cosinus-Kanal (der Kanal, über welchen das Cosinus-Signal erhalten wird), kann über das folgende Verhältnis bestimmt werden: Kcos = (MAXsin – MINsin)/(MAXcos – MINcos), wobei MAXsin und MINsin die ermittelten Maximal- und Minimal-Werte des Sinuskanals und entsprechend MAXcos und MINcos die gefundenen Maximal- und Minimal-Werte des cos-Kanals sind. Nach der Berechnung der vier Korrekturparameter kann die Ermittlung der Maximal- und Minimal-Werte sowie die Erkennung der vollen elektrischen Umdrehung zurückgesetzt beziehungsweise initialisiert werden. The identification of a rotation by 90 ° (electrical) can - as stated above - be done using a second table. For this purpose, the angle value determined in a previous calculation cycle is stored. The two bits with the highest values of a current angle value and the two bits of a previous angle value are compared. This results in four bits and 16 possible combinations. For example, a table with 16 entries can be created. Each element corresponds to a combination and represents a change in the revolution counter. If the two highest bits of the two angle values are equal, then the corresponding element in the table equals 0, and thus there is no change in the counter. If the two highest bits of both angle values are not equal, then the counter is incremented or decremented by "1". A full electrical revolution is detected for the period in which the counter value has increased or decreased by five (positive or negative sense). In this case, two offsets and a correction factor are recalculated. The offset value is calculated per channel as the mean value from the determined maximum and minimum values of the sine and cosine signals. The use of the arctangent function for the angle calculation only requires the equality of the amplitudes of the sine and cosine signal, disregarding the actual amplitude of the signals. This means that the correction factor for the sine wave channel (above which the sine wave signal is obtained) may be assumed equal to 1. This simplifies the correction factor calculation. The correction factor for the cosine channel (the channel over which the cosine signal is obtained) can be determined by the following ratio: K cos = (MAXsin-MINsin) / (MAX cos-MIN cos), where MAXsin and MINsin are the maximums determined and minimum values of the sine channel and, corresponding to MAXcos and MINcos, the found maximum and minimum values of the cos channel. After the calculation of the four correction parameters, the determination of the maximum and minimum values as well as the detection of the full electrical revolution can be reset or initialized.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht also eine situationsgerechte, adaptive Veränderung der Ausgleichsfaktoren bei der Auswertung von Sinus- und Cosinus-Signalen eines Positionsgebers. Es wird eine neuartige Umdrehungserkennung sowie eine neuartige Struktur des Signalflusses eines Umdrehungszählers sowie eine neuartige Berechnung der Korrekturparameter vorgeschlagen. Thus, the present invention enables a situation-adapted, adaptive change of the compensation factors in the evaluation of sine and cosine signals of a position sensor. It proposes a novel rotation detection as well as a novel structure of the signal flow of a revolution counter and a novel calculation of the correction parameters.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem vorgeschlagen, welches einen Positionsgeber, einen Sinus-Signalgeber, einen Cosinus-Signalgeber, Speichermittel und eine Auswerteeinheit umfasst. Der Positionsgeber ist eingerichtet, in Verbindung mit dem Sinus-Signalgeber und dem Cosinus-Signalgeber drehwinkelabhängige Signale zu erzeugen. Die Speichermittel sind eingerichtet, Offsetwerte und amplitudenabhängige Werte der Signale des Sinus-Signalgebers und des Cosinus-Signalgebers der Auswerteeinheit bereitzustellen bzw. von der Auswerteeinheit zu empfangen und abzuspeichern. Auf diese Weise ist das Lenksystem eingerichtet, ein Verfahren gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt auszuführen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechend derart ersichtlich denjenigen des vorgenannten Verfahrens, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. According to a second aspect of the present invention, a steering system is proposed, which comprises a position sensor, a sine signal generator, a cosine signal generator, storage means and an evaluation unit. The position transmitter is set up in conjunction with the sine signal generator and the cosine signal generator to generate angle-dependent signals. The memory means are arranged to provide offset values and amplitude-dependent values of the signals of the sine signal generator and the cosine signal generator of the evaluation unit or to receive and store them by the evaluation unit. In this way, the steering system is set up to carry out a method according to the first aspect of the invention. The features, combinations of features and the advantages arising therefrom are correspondingly so apparent to those of the aforementioned method that reference is made to the above statements to avoid repetition.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel (z. B. ein PKW, ein Transporter, ein LKW, ein Luft- und/oder Wasserfahrzeug) vorgeschlagen, welches ein Lenksystem gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Das Lenksystem kann insbesondere als elektromechanisches Lenksystem ausgestaltet sein. Bevorzugt ist es eingerichtet, lenkbare Räder des Fortbewegungsmittels anzusteuern. According to a third aspect of the present invention, there is proposed a means of transportation (eg, a car, a van, a truck, an air and / or water vehicle), which includes Having steering system according to the second-mentioned aspect of the invention. The steering system can be configured in particular as an electromechanical steering system. It is preferably arranged to control steerable wheels of the means of locomotion.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist: Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Lenksystems in einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittel; 1 An embodiment of an inventively designed steering system in an embodiment of a means of transport according to the invention;

2 eine Detailansicht auf Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Positionsgebers; 2 a detailed view of components of an embodiment of an inventively designed position sensor;

3a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ermittelten Sinus-Signals; 3a a schematic representation of an inventively determined sine signal;

3b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ermittelten Cosinus-Signals; 3b a schematic representation of an inventively determined cosine signal;

4 ein Signalflussdiagramm zu Adaptiven-Asymmetrie-Kompensation eines Positionsgebers bei der Ausführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und 4 a signal flow diagram for adaptive asymmetry compensation of a position sensor in the embodiment of an embodiment of a method according to the invention; and

5 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Asymmetrie-Kompensation eines Positionsgebers in einem elektromechanischen Lenksystem. 5 a flowchart illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention for asymmetry compensation of a position sensor in an electromechanical steering system.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt einen PKW 10 als Fortbewegungsmittel, innerhalb dessen ein Ausführungsbeispiel eines elektromechanischen Lenksystems 1 angeordnet ist. Ein Lenkhandrad 6 ist über eine Lenksäule 7 mit einem Lenkgetriebe 8 verbunden, über welches eine Zahnstange 9 die vorderen Räder 11 des PKW 10 auszurichten vermag. Zur Unterstützung des Anwenders ist ein Resolver 2 an der Lenksäule 7 angeordnet und über eine Signalleitung 15 informationstechnisch mit einem elektronischen Steuergerät 14 als Auswerteeinheit verbunden. Der Resolver 2 ist als Beispiel eines erfindungsgemäßen Positionsgebers zu verstehen, auf welchen in Verbindung mit 2 näher eingegangen wird. Das elektronische Steuergerät 14 weist eine Leistungsendstufe 12 auf, über welche ein Elektromotor 13 zur Aufbringung eines Lenkunterstützungsmomentes angesteuert werden kann. 1 shows a car 10 as a means of transportation, within which an embodiment of an electromechanical steering system 1 is arranged. A steering wheel 6 is about a steering column 7 with a steering gear 8th connected, over which a rack 9 the front wheels 11 of the car 10 to be able to align. To assist the user is a resolver 2 on the steering column 7 arranged and via a signal line 15 Information technology with an electronic control unit 14 connected as evaluation unit. The resolver 2 is to be understood as an example of a position sensor according to the invention, on which in conjunction with 2 will be discussed in more detail. The electronic control unit 14 has a power output stage 12 on, over which an electric motor 13 can be controlled to apply a steering assist torque.

2 zeigt Komponenten eines Resolvers 2 als Positionsgeber. Ein Rotor 32 ist mechanisch mit einer Drehung des Elektromotors (Position 13 in 1) gekoppelt und weist eine Drehrichtung P auf. Bekanntermaßen kann der Rotor 32 auch auf einer selben Welle wie der Rotor des Elektromotors angeordnet sein. 90° zueinander in Rotationsrichtung (Pfeil P) versetzt sind ein Sinus-Signalgeber 29 und ein Cosinus-Signalgeber 30 angeordnet und eingerichtet, vom Rotor 32 erzeugte Magnetfelder (nicht dargestellt) zu erfassen und einem elektronischen Steuergerät 14 als Auswerteeinheit zuzuführen. Die Auswerteeinheit kann eine erfindungsgemäße Signalverarbeitung ausführen und sich hierzu Instruktionen bedienen, welche in einem Datenspeicher 31 bereitgehalten werden. Der Datenspeicher 31 weist überdies Speicherkapazität auf, um digitalisierte Signale der Signalgeber 29, 30 abzuspeichern und für eine anschließende Signalverarbeitung (z. B. Offset-Bereinigung und Normierung) bereitzuhalten. 2 shows components of a resolver 2 as position transmitter. A rotor 32 is mechanical with a rotation of the electric motor (position 13 in 1 ) and has a direction of rotation P on. As is known, the rotor 32 also be arranged on a same shaft as the rotor of the electric motor. 90 ° to each other in the direction of rotation (arrow P) are offset, a sine-wave signal generator 29 and a cosine buzzer 30 arranged and arranged by the rotor 32 generated magnetic fields (not shown) to capture and an electronic control unit 14 as an evaluation unit. The evaluation unit can execute a signal processing according to the invention and for this purpose use instructions which are stored in a data memory 31 be kept ready. The data store 31 also has storage capacity to digitized signals of the signal generator 29 . 30 stored and ready for subsequent signal processing (eg offset adjustment and normalization).

3a zeigt ein Beispiel eines Sinus-Signals, wie es vom Sinus-Signalgeber 29 siehe 2) aufgenommen werden könnte. Für die Normierung des entsprechenden Cosinus-Signals (siehe 3b) werden ein Maximalwert 3 und ein Minimalwert 4 ermittelt und betragsmäßig addiert. Diese Summe kann zur Normierung des Cosinus-Signals verwendet werden. 3a shows an example of a sine wave signal, as shown by the sine wave generator 29 please refer 2 ) could be recorded. For the normalization of the corresponding cosine signal (see 3b ) become a maximum value 3 and a minimum value 4 determined and added in amount. This sum can be used to normalize the cosine signal.

3b zeigt ein Cosinus-Signal, wie es von einem Cosinus-Signalgeber 30 (siehe 2) ermittelt werden könnte. Ein Minimalwert 5 und ein Maximalwert 6 stellen Beispiele für amplitudenabhängige Werte dar, welche zur Ermittlung eines Signalhubes des Cosinus-Signals und anschließend zur Normierung des Sinus-Signals (siehe 3a) in entsprechender Weise verwendet werden können. 3b shows a cosine signal as it would from a cosine transducer 30 (please refer 2 ) could be determined. A minimum value 5 and a maximum value 6 represent examples of amplitude-dependent values which are used to determine a signal swing of the cosine signal and then to normalize the sine signal (see 3a ) can be used in a corresponding manner.

4 zeigt ein Signalflussdiagramm zur Signalverarbeitung des Sinus-Signals sinφ sowie des Cosinus-Signals cosφ, welche von einem Sinus-Signalgeber und einem Cosinus-Signalgeber (Bezugszeichen 29, 30 in 2) bereitgestellt werden. In einem Min/Max-Beobachter 16 werden Minimal- und Maximal-Werte für das Sinus- und das Cosinus-Signal ermittelt und anschließend kanalweise in Addierern 17 zusammengeführt. In einem Multiplizierer 33 wird das Ergebnis der Summierung halbiert und zur Offset-Kompensation in Addierern 17 zu den Eingangssignalen addiert. Ein Asymmetrie-Kompensator 19 erhält die Min/Max-Werte des Min/Max-Beobachters 16 und errechnet in einem Korrekturgliedermittler 20 zunächst kanalweise die Differenzen der Signale. Anschließend werden die Differenzen zur Ermittlung eines Korrekturfaktors durcheinander geteilt und in einem Multiplizierer 33 mit dem Offset-bereinigten Cosinus-Signal multipliziert. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 33 und das Offset-bereinigte Sinus-Signal werden einer Auswerteeinheit 25 zugeführt, welche eine Arkustangens-Funktion mit zwei Argumenten ausgibt. Dieses Arkustangens-Signal wird einem weiteren Verzögerungsglied 18 zugeführt, welches das Signal in Form eines 16-Bit-Wertes einem Schiebeoperator 26 zuführt, welcher den 16-Bit Wert um 14 Bits nach rechts verschiebt. Die größten zwei Bits werden einer Tabelle 27 aus 16 Elementen zugeführt. Die Tabelle 27 erhält zudem ein unabhängig vom Verzögerungsglied 18 verarbeitetes Arkustangens-Signal. Das Ausgangssignal 28 der Tabelle 27 besteht in einem Wert, welcher stellvertretend für eine Umdrehung um 90° beziehungsweise pi/2 steht. Ein Wert von „0“ steht für keine erkennbare Drehung, während die Wert „+1“ beziehungsweise „–1“ für Vierteldrehungen in positiver beziehungsweise negativer Drehrichtung stehen. Sobald im Umdrehungszähler 24 fünfmal nacheinander ein Wert ungleich 0 mit demselben Vorzeichen registriert wurde, was durch eine Summier-Schleife aus den Elementen 17 und 18 erkannt wird, erfolgt in einer Umdrehungserkennung 21 die Ausgabe eines Triggersignals 22 an den Asymmetrie-Kompensator 19 zur Neuberechnung des Korrekturfaktors Kcos sowie die Ausgabe eines RESET-Signals 23 an den Min/Max-Beobachter 16. 4 shows a signal flow diagram for signal processing of the sine signal sinφ and the cosine signal cosφ, which of a sine-wave generator and a cosinusoidal signal generator (reference numeral 29 . 30 in 2 ) to be provided. In a min / max watcher 16 Minimum and maximum values for the sine and cosine signals are determined and then channel by channel in adders 17 merged. In a multiplier 33 the result of the summation is halved and for offset compensation in adders 17 added to the input signals. An asymmetry compensator 19 receives the min / max values of the min / max observer 16 and calculated in a correction term determiner 20 first channel by channel, the differences of the signals. Subsequently, the differences for determining a correction factor are divided up and in a multiplier 33 multiplied by the offset-adjusted cosine signal. The output signal of the multiplier 33 and the offset-adjusted sine signal become an evaluation unit 25 which outputs an arctangent function with two arguments. This arctangent signal becomes another delay element 18 which supplies the signal in the form of a 16-bit value to a shift operator 26 which converts the 16-bit value 14 Shifts bits to the right. The largest two bits become a table 27 out 16 Supplied to elements. The table 27 also receives an independent of the delay element 18 processed arctangent signal. The output signal 28 the table 27 consists of a value which is representative of one revolution by 90 ° or pi / 2. A value of "0" indicates no detectable rotation, while the values "+1" and "-1" represent quarter turns in the positive and negative directions, respectively. Once in the revolution counter 24 five times in succession a value not equal to 0 has been registered with the same sign, which is done by a summing loop of the elements 17 and 18 is detected takes place in a rotation detection 21 the output of a trigger signal 22 to the asymmetry compensator 19 for the recalculation of the correction factor Kcos and the output of a RESET signal 23 to the Min / Max observer 16 ,

5 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Asymmetrie-Kompensation eines Positionsgebers in einem elektromechanischen Lenksystem. In Schritt 100 werden ein Sinus-Signal und ein Cosinus-Signal des Positionsgebers erfasst. Der Positionsgeber kann als Resolver ausgestaltet sein. In Schritt 200 werden das Sinus-Signal und das Cosinus-Signal um einen jeweiligen Offsetwert bereinigt. In Schritt 300 wird das Sinus-Signal auf einem ersten amplitudenabhängigen Wert des Cosinus-Signals und in Schritt 400 das Cosinus-Signal auf einen ersten amplitudenabhängigen Wert des Sinus-Signals normiert. In Schritt 500 werden die normierten und um einen jeweiligen Offset bereinigten Signale zu einem digitalisierten Winkelsignal umgewandelt, welches in Schritt 600 in einem 16-Bit-Fixed-Point-Format abgespeichert wird. In Schritt 700 wird eine volle elektrische Umdrehung des Positionsgebers erkannt, im Ansprechen worauf in Schritt 800 ein aktualisierter amplitudenabhängiger Wert des Sinus-Signals und ein aktualisierter amplitudenabhängiger Wert des Cosinus-Signals ermittelt werden. In den Schritten 900 und 1000 werden die aktuellen Ausgangssignale des Sinus-Signalgebers beziehungsweise des Cosinus-Signalgebers Offset-bereinigt auf die aktualisierten amplitudenabhängigen Werte (kanalspezifisch) normiert, um gegebenenfalls geänderten Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen. Die kleinste Periode für die Durchführung der Kalibrierung entspricht einer vollständigen elektrischen Umdrehung. Mit dieser Periode findet die Kalibrierung so oft statt, wie es technisch maximal möglich ist. Damit wird ein bestmöglicher Beitrag zur Qualität der Drehwinkelinformation geleistet. Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. 5 shows steps of an embodiment of a method according to the invention for asymmetry compensation of a position sensor in an electromechanical steering system. In step 100 A sine signal and a cosine signal of the position sensor are detected. The position sensor can be designed as a resolver. In step 200 the sine signal and the cosine signal are adjusted by a respective offset value. In step 300 is the sine signal on a first amplitude-dependent value of the cosine signal and in step 400 normalizes the cosine signal to a first amplitude-dependent value of the sine signal. In step 500 The normalized and offset by a respective offset signals are converted to a digitized angle signal, which in step 600 stored in a 16-bit fixed-point format. In step 700 a full electrical revolution of the position sensor is detected in response to what is in step 800 an updated amplitude-dependent value of the sine signal and an updated amplitude-dependent value of the cosine signal are determined. In the steps 900 and 1000 the current output signals of the sine signal generator or the cosine signal generator are normalized offset-adjusted to the updated amplitude-dependent values (channel-specific) in order to take account of any changed operating conditions. The smallest period for carrying out the calibration corresponds to a complete electrical revolution. With this period, the calibration takes place as often as technically possible. This makes the best possible contribution to the quality of the angle of rotation information. Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Lenksystem steering system
2 2: Resolver resolver
3 3: Maximalwert des Sinus-Signals Maximum value of the sine signal
4 4: Minimalwert des Sinus-Signals Minimum value of the sine signal
5 5: Minimalwert des Cosinus-Signals Minimum value of the cosine signal
6 6: Maximalwert des Cosinus-Signals Maximum value of the cosine signal
7 7: Lenksäule steering column
8 8th: Lenkgetriebe steering gear
9 9: Zahnstange rack
10 10: PKW car
11 11: Vorderräder front wheels
12 12: Endstufe final stage
13 13: Elektromotor electric motor
14 14: elektronisches Steuergerät electronic control unit
15 15: Signalleitung signal line
16 16: Min/Max-Beobachter Min / Max observers
17 17: Addierer adder
18 18: Verzögerungsglied delay
19 19: Asymmetrie-Kompensator Asymmetry compensator
20 20: Korrekturgliedermittler Corrector investigators
21 21: Umdrehungserkennung rotation detection
22 22: Triggersignal trigger signal
23 23: RESET-Signal RESET signal
24 24: Umdrehungszähler revolution counter
25 25: Auswerteeinheit evaluation
26 26: Schiebeoperator sliding operator
27 27: Tabelle table
28 28: Ausgangssignal der Tabelle Output signal of the table
29 29: Sinus-Signalgeber Sine signal generator
30 30: Cosinus-Signalgeber Cosine signal generator
31 31: Datenspeicher data storage
32 32: Rotor rotor
33 33: Multiplizierer multipliers
100 bis 1000100 to 1000: Verfahrensschritte steps
Kcos k cos: Korrekturfaktor für Cosinus-Signal Correction factor for cosine signal
φ φ: Drehwinkel des Rotors des Positionsgebers Angle of rotation of the rotor of the position sensor

Claims

Method for asymmetry compensation of a position sensor ( 2 ) in an electromechanical steering system ( 1 ) comprising the steps: - To capture ( 100 ) of a sine signal (sinφ) and a cosine signal (cosφ) of the position sensor ( 2 ), - clean up ( 200 ) of the sine signal (sinφ) and the cosine signal (cosφ) by a respective offset value, - normalizing ( 300 ) of the sinusoidal signal (sinφ) to a first amplitude-dependent value ( 5 . 6 ) of the cosine signal (cosφ), - normalization ( 400 ) of the cosine signal (cosφ) to a first amplitude-dependent value ( 3 . 4 ) of the sinusoidal signal (sinφ), - determining ( 700 ) of a full electrical revolution of the position sensor ( 2 ), in response to this - Determine ( 800 ) of an updated amplitude-dependent value ( 3 . 4 ) of the sinusoidal signal (sinφ) and an updated amplitude-dependent value ( 5 . 6 ) of the cosine signal (cosφ), - normalization ( 900 ) of the sinusoidal signal (sinφ) to the updated amplitude-dependent value ( 5 . 6 ) of the cosine signal (cosφ), and - normalizing ( 1000 ) of the cosine signal (cosφ) to the updated amplitude-dependent value ( 3 . 4 ) of the sine signal (sinφ).

The method of claim 1, wherein also the correction of the sine signal (sinφ) and the cosine signal (cosφ) by the respective offset value in response to a determination of the full electrical revolution of the position sensor ( 2 ) again.

Method according to claim 1 or 2, wherein - the first amplitude-dependent value ( 3 . 4 ) of the sinusoidal signal (sinφ) is determined from a minimum value and / or a maximum value of the sinusoidal signal (sinφ) and / or - the first amplitude-dependent value ( 5 . 6 ) of the cosine signal (cosφ) is determined from a minimum value and / or a maximum value of the cosine signal (cosφ).

Method according to one of the preceding claims further comprising - analog-to-digital conversion ( 500 ) - of the sine signal (sinφ) and the cosine signal (cosφ) and / or - the adjusted and normalized sine signal (sinφ) and the adjusted and normalized cosine signal (cosφ) to a digitized angle signal.

Method according to claim 4 further comprising - storing ( 600 ) of the digitized angle signal (φ), especially in a 16-bit fixed-point format.

Method according to one of the preceding claims further comprising - determining a change in a rotation angle (φ) of the position sensor ( 2 ) by 90 ° from a change of an arctangent of the sine signal (sinφ) and the cosine signal, which is determined from the adjusted and normalized sine signal (sinφ) and the adjusted and normalized cosine signal (cosφ).

Method according to one of the preceding claims, wherein the determination of the change of the rotation angle takes place on the basis of two most significant bits of the arctangent.

Method according to one of the preceding claims, wherein the determination of the arctangent function is based on a table ( 27 ), which holds respective arctangent values for value pairs of the adjusted and normalized sine signal (sinφ) and of the adjusted and normalized cosine signal (cosφ).

Steering system comprising - Position transmitter ( 2 ), - a sinusoidal signal generator ( 29 ), - a cosine signal generator ( 30 ), - storage means ( 31 ) and - an evaluation unit ( 14 ), whereby the position transmitter ( 2 ), in conjunction with the sinusoidal signal generator ( 29 ) and the cosine signal generator ( 30 ) angle-dependent signals (sinφ, cosφ), the storage means ( 31 ), offset values and amplitude-dependent values ( 3 . 4 . 5 . 6 ) of the signals (sinφ, cosφ) of the sinusoidal signal generator ( 29 ) and the cosine signal generator ( 30 ) of the evaluation unit ( 14 ) or by the evaluation unit ( 14 ) to receive and store, and the steering system ( 1 ) is arranged to carry out a method according to one of the preceding claims.

Means of transportation ( 10 ) comprising a steering system according to claim 9.