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Die Erfindung betrifft ein Drehwinkelmessverfahren und einen Drehwinkelmessschaltkreis.
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Integrierte Drehwinkelbestimmungssensoreinheiten sind insbesondere aus Anwendungen in dem Bereich des Kraftfahrzeugs bekannt. Hierbei wird beispielsweise aus der Messung des magnetischen Flusses die Stellung einer Welle mittels Magnetfeldsensoren bestimmt.
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Gerade im diesem Bereich sind die Sicherheitsanforderungen besonders hoch. Die Anforderungen sind durch industrielle Standards, z.B. die ISO 26262, definiert. Diese ISO-Norm definiert beispielsweise Sicherheitslevel A bis D, sogenannte Automotive Safety Integrity Levels (ASIL), wobei ASIL A die niedrigste Sicherheitsstufe und ASIL D die höchste Sicherheitsstufe bezeichnet und jede Sicherheitsstufe unterschiedliche Anforderungen definiert.
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Anforderungen sind beispielsweise eine gewisse Redundanz hinsichtlich der Messverfahren sowie der Hardware.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Drehwinkelmessverfahren für ein Drehwinkelmesssystem sowie einen Drehwinkelmessschaltkreis anzugeben, die den Stand der Technik weiterbilden und insbesondere eine besonders ausfallsichere, dennoch einfache und kostengünstige Lösung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch ein Drehwinkelmessverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Drehwinkelmessschaltkreis gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung wird ein Drehwinkelmessverfahren vorgeschlagen, wobei ein Drehwinkelmesssystem mit einer um eine Drehachse drehbar gelagerten Welle, einem ein Magnetfeld erzeugenden oder verändernden Geber, ein erstes Sensorsystem mit mindestens einem Magnetfeld-Sensor einer ersten Art und ein zweites Sensorsystem mit mindestens einem Magnetfeld-Sensor einer zweiten Art bereitgestellt wird.
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Das erste Sensorsystem erfasst eine erste Magnetfeldkomponente und das zweite Sensorsystem erfasst eine zweite und eine dritte Magnetfeldkomponente, wobei die erste, die zweite und die dritte Magnetfeldkomponente jeweils senkrecht zueinander verlaufen.
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Jeder für einen Drehwinkel der Welle ermittelte Drehwinkelwert des ersten Sensorsystems weist zudem für denselben Drehwinkel der Welle ermittelten Drehwinkelwert des zweiten Sensorsystems einen bekannten konstanten Winkelversatz auf.
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Zu einem ersten Zeitpunkt wird mit dem ersten Sensorsystem mindestens ein erster Messwert und mit dem zweiten Sensorsystem mindestens ein zweiter Messwert ermittelt, zu dem mindestens einen ersten Messwert wird ein erster Drehwinkelwert und zu dem mindestens einen zweiten Messwert wird ein zweiter Drehwinkelwert bestimmt.
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Aus dem ersten Drehwinkelwert und dem Winkelversatz wird ein erster Ausgabedrehwinkelwert als Referenzwert für das zweite Sensorsystems bestimmt und eine Abweichung des zweiten Drehwinkelwerts von dem ersten Ausgabedrehwinkelwert ermittelt.
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Entweder wird die Abweichung durch Ändern des mindestens einen zweiten Messwerts und Neuberechnung des zweiten Drehwinkelwerts minimiert und ein durch das Minimieren erhaltener neuer zweiter Drehwinkelwert oder der mindestens eine geänderte Messwert als ein Endausgabewert ausgegeben oder die Abweichung mit einem Schwellwert verglichen und der erste Ausgabedrehwinkelwert als ein Endausgabewert ausgegeben.
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Es versteht sich, dass sich die erste Art und die zweite Art unterscheiden, beispielsweise hinsichtlich des zugrundeliegenden Messprinzips, wobei beide Sensorsysteme jeweils einen oder auch mehr als einen Sensor der jeweiligen Art umfassen.
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Außerdem ist jedes Sensorsystem dazu ausgelegt, einen oder mehrere beispielsweise analoge Messwerte als Basis für eine Drehwinkelbestimmung zu liefern. Entsprechend wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren für dieselbe Position der Welle mittels unterschiedlich arbeitender Sensoren jeweils ein Drehwinkelwert ermittelt.
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Durch die Anordnung der Sensorsysteme bzw. der einzelnen Sensoren ergibt sich allerdings der konstante Winkelversatz zwischen den Sensorsystemen bzw. den von den Sensorsystemen für denselben Drehwinkel bestimmten Winkelwerten.
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Der Winkelversatz ist somit insbesondere bei einer integrierten Ausgestaltung der beiden Sensorsysteme in einer Einheit konstant, da sich die relative Anordnung der Sensorsysteme zueinander nicht ändert.
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Der Winkelversatz ist beispielsweise im Rahmen einer Kalibrierung vorzugsweise am Ende des Herstellungsprozesses ermittelbar.
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Der Winkelversatz beschreibt das Verhältnis bzw. den relativen Verlauf der Kennlinien der beiden Sensorsysteme zueinander.
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Der Winkelversatz zwischen den Werten ermittelt mittels des ersten Sensorsystem und den Werten ermittelt mittels des zweiten Sensorsystems ist sich vorzugsweise als ein konstanter Winkelwert hinterlegt.
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Alternativ lässt sich eine Tabelle, ein sogenannter Look-up-Table, zu einem jeden Winkelwert die Größe also den Wert des Winkelversatzes in Abhängigkeit des ermittelten Winkels hinterlegen.
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Anders ausgedrückt jedem Wert der Kennlinie des ersten Sensorsystems ist einen den Winkelversatz berücksichtigenden Wert der Kennlinie des zweiten Sensorsystems zuordnet.
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Es versteht sich weiter, dass die genannten Verfahrensschritte nicht alle in der genannten Reihenfolge erfolgen müssen.
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Wesentlich ist, dass die Messwerte von dem ersten Sensorsystem und dem zweiten Sensorsystem zu demselben Zeitpunkt, also innerhalb eines möglichst geringen Zeitintervalls, erfasst werden.
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Das Bestimmen des zweiten Drehwinkelwerts muss dagegen nicht gleichzeitig oder direkt nach dem Bestimmen des ersten Drehwinkelwerts erfolgen. Vielmehr wird der zweite Drehwinkelwert gemäß einer Ausführungsform erst nach dem Bestimmen des ersten Ausgabedrehwinkelwerts bestimmt.
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Der erste Ausgabedrehwinkelwert wird beispielsweise durch Addition des Winkelversatzes oder mittels einer Tabelle/eines Look-up-Tables bestimmt.
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Der erste Ausgabedrehwinkelwert stellt also quasi einen Erwartungsdrehwinkelwert für das zweite Sensorsystem dar.
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Der erste Ausgabedrehwinkelwert dient vorzugsweise als Referenzwert für das zweite Sensorsystem, wobei sich aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften der unterschiedlichen Arten von Sensoren der beiden Sensorsysteme gegebenenfalls Differenzen zwischen dem mittels des ersten Sensorsystems ermittelten Referenzwert und dem mittels des zweiten Sensorsystems ermittelten Drehwinkelwert ergeben.
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Vorzugsweis wird von dem ersten Sensorsystem eine erste Magnetfeldkomponente Bz und von dem zweiten Sensorsystem eine zweite Magnetfeldkomponente Bx und eine dritte Magnetfeldkomponente By erfasst.
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Die Magnetfeldkomponenten Bx, By und Bz verlaufen zueinander orthogonal.
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Die beiden Arten von Sensoren weisen beispielsweise Unterschiede hinsichtlich der Empfindlichkeit, der Streufeldabhängigkeiten, der Temperaturabhängigkeiten, einer Lebensdauerdrift oder auch hinsichtlich des Winkelrauschens auf.
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Ist beispielsweise das erste Sensorsystem streufeldunabhängig und das zweite Sensorsystem weist eine deutliche Streufeldabhängigkeit der Messerwerte auf, so entspricht die Differenz zwischen dem ersten Ausgabedrehwinkelwert und dem zweiten Drehwinkelwert eben dem Streufeldeinfluss.
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Gemäß dem Verfahren wird diese Differenz als Abweichung des zweiten Drehwinkelwerts von dem ersten Ausgabedrehwinkelwert ermittelt.
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Entweder wird die Abweichung gemäß der ersten alternativen Ausführungsform zur Korrektur des zweiten Drehwinkelwerts vor dessen Ausgabe als Endausgabewert, also als Ergebnis bzw. aktuellen Drehwinkelwert, verwendet. Alternativ, also gemäß der zweiten alternativen Ausführungsform, wird die Abweichung als Kontrollwert verwendet, wobei der auf dem ersten Drehwinkelwert basierende erste Ausgabedrehwinkelwert als Endausgabewert ausgegeben wird.
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Es versteht sich, dass die Abweichung auch als Kontrollwert abgespeichert und so ein Langzeitverhalten der beiden Sensorsysteme überwacht werden kann.
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Die Korrektur des zweiten Drehwinkelwerts, also das Minimieren der Abweichung, erfolgt beispielsweise durch ein Ändern des vorliegenden zweiten Messwerts und einer anschließenden Neuberechnung des zweiten Drehwinkelwerts auf Basis des geänderten Messwerts. Das Minimierungsverfahren wird gemäß einer Weiterbildung nach Unterschreiten eines Abweichungsschwellwerts durch die neuerlich ermittelte Abweichung abgebrochen.
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Das Verfahren erfüllt einen hohen Sicherheitsstandard, da zur Drehwinkelbestimmung zwei Sensorsysteme mit unterschiedlichen Sensoren eingesetzt werden. Zusätzlich sind gemäß weiterer Weiterbildungen die Sensorsysteme und/oder die Sensoren der Sensorsysteme zur Steigerung der Sicherheit jeweils redundant ausgebildet, beispielsweise in einer Master-Slave-Konfiguration.
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Das Verwenden des zweiten Messwerts für das Minimieren der Abweichung hat den Vorteil, dass die Änderung in einfacher Weise in einer Analogen Komponente vorgenommen werden kann. Insbesondere liegen dann analoge geänderte Messwerte vor, welche als Endergebnis, also als Endausgabewert, besonders einfach in bestehende Systeme eingegliedert werden können.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform weist jedes Sensorsystem jeweils mindestens zwei Sensoren der jeweiligen Art auf und/oder das das Drehwinkelmesssystem weist zwei erste Sensorsysteme und zwei zweite Sensorsysteme auf.
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In einer anderen Ausführungsform verläuft die erste Magnetfeldkomponente parallel in einem Winkel von höchsten 1° oder höchstens 0,1° zu der Drehachse.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Art ein Hall-Sensor ist und das erste Sensorsystem mindestens zwei Sensoren umfasst. Durch das Verwenden von mindestens zwei Hall-Sensoren wird eine Streufeldunabhängigkeit ermöglicht, wobei die Hallsensoren beispielsweise horizontalte Hallsensor, auch als Hall-Platte oder Z-Platte bezeichnet, sind. Allerdings ist die Auflösung von Hallsensor typischerweise nicht besser als 0,1°.
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In einer anderen Weiterbildung ist die zweite Art ein magnetoresistiver Sensor, beispielsweise ein sogenannter Anisotropic-Magnetic-Resistive (AMR) Sensor oder ein Giant-Magneto-Resistive (GMR) Sensor oder ein Tunnel-Magnetic-Resistive (TMR) Sensor. Insbesondere TMR-Sensoren ermöglichen beispielsweise eine Auflösung von 0,01° über 360°. Es versteht sich, dass magnetoresistive Sensoren üblicherweise vier magnetoresistive Elemente aufweisen, welche als Wheatstonesche Brücke, insbesondere als Vollbrücke oder als Halbbrücke angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Minimieren der Abweichung durch Anpassung des zweiten Winkelwerts in einem Schritt oder in mehreren Schritten, d.h. dass zum Minimieren der zweite Drehwinkelwert nur einmal oder auch mehrmals geändert wird. Das Minimieren erfolgt beispielsweise innerhalb einer Regelschleife (Tracking-Loop), wobei die Schleife beispielsweise die Schritte Ändern des zweiten Messwerts, Neuberechnen des zweiten Drehwinkelwerts und Bestimmen der Abweichung umfasst.
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Die Schleife stellt quasi eine Art Phasenregelschleife (Phase-Locked-Loop PLL) dar. Mittels der Schleife werden beispielsweise grundsätzliche Mängel des zweiten Sensorsystems, wie z.B. eine hohe Abhängigkeit der Messwerte von Streufeldern, durch das Rückgreifen auf das erste Sensorsystem, welches den Mangel nicht oder nur in geringerem Maß aufweist, ausgeglichen bzw. korrigiert werden. Beispielsweise kann so der Einfluss eines Streufelds kompensiert werden.
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Gemäß einem weiteren Gegenstand der Erfindung weist ein Drehwinkelmessschaltkreis eine erste Messwertverarbeitungseinheit, eine zweite Messwertverarbeitungseinheit und eine Auswerteeinheit auf.
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Die erste Messwerteverarbeitungseinheit weist mindestens einen Eingangsanschluss zum Empfangen mindestens eines Messwerts eines ersten Sensorsystems eine erste Drehwinkelbestimmungseinheit zur Bestimmung eines ersten Drehwinkels aus dem mindestens einen Messwert des ersten Sensorsystems, eine Ausgabewertbestimmungseinheit zur Bestimmung eines ersten Ausgabedrehwinkelwerts anhand des ersten Drehwinkels und eines bekannten konstanten Winkelversatzes zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorsystem und einen Ausgangsanschluss zur Ausgabe des ersten Ausgabedrehwinkelwerts auf.
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Die zweite Messwertverarbeitungseinheit weist mindestens einen Eingangsanschluss zum Empfangen mindestens eines Messwerts eines zweiten Sensorsystems, eine erste Signalverarbeitungseinheit zur Aufbereitung des mindestens einen Messwerts und zwei Ausgangsanschlüsse zur Ausgabe der zwei aufbereiteten Messwerte des zweiten Sensorsystems auf.
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Die Auswerteeinheit weist mindestens zwei Eingangsanschlüsse zum Empfangen des ersten Ausgabedrehwinkelwerts von der ersten Messwertverarbeitungseinheit und des mindestens einen aufbereiteten Messwerts des zweiten Sensorsystems von der zweiten Messwertverarbeitungseinheit, mindestens einen Ausgangsanschluss, eine Drehwinkelbestimmungseinheit, eine Vergleichseinheit und eine zweite Signalverarbeitungseinheit auf.
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Die zweite Signalverarbeitungseinheit ist dazu ausgelegt, den mindestens einen aufbereiteten Messwert des zweiten Sensorsystems unter Berücksichtigung einer Abweichung zu ändern oder zu belassen und als mindestens einen weiterverarbeiteten Messwert an die Drehwinkelbestimmungseinheit weiterzugeben.
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Die Drehwinkelbestimmungseinheit ist hierbei dazu ausgelegt, einen zweiten Drehwinkelwert aus dem mindestens einen weiterverarbeiteten Messwert des zweiten Sensorsystems zu bestimmen und die Vergleichseinheit dazu ausgelegt ist, eine Abweichung zwischen dem ersten Ausgabedrehwinkelwert und dem zweiten Drehwinkelwert zu bestimmen und die Abweichung an die zweite Signalverarbeitungseinheit weiterzugeben.
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Der mindestens eine Ausgangsanschluss der Auswerteeinheit ist dazu ausgelegt, den zweiten Drehwinkelwert oder den mindestens einen weiterverarbeiteten Messwert des zweiten Sensorsystems als ein Endausgabewert auszugeben. Alternativ weist die erste Messwertverarbeitungseinheit einen weiteren Ausgangsanschluss zur Ausgabe des ersten Ausgabedrehwinkelwerts als ein Endausgabewert auf und der Ausgangsanschuss der Auswerteeinheit ist dazu ausgelegt, die Abweichung oder einen durch Vergleich der Abweichung mit einem Schwellwert ermittelten Kontrollwert auszugeben.
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Es versteht sich, dass die die Art sowie die Anzahl der von der ersten bzw. zweiten Messwertverarbeitungseinheit empfangenen Messwerte von dem oder den Sensoren des jeweiligen Sensorsystems abhängt. Die Messwertverarbeitungseinheiten weisen eine entsprechende Anzahl an Eingangsanschlüssen auf.
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Ein Messwert ist beispielsweise eine von einem Sensor ausgegebene Spannung, also eine an dem Eingangsanschluss anliegende Spannung. Der Messwert kann neben einem von dem Drehwinkel bzw. herrschenden Magnetfeld abhängigen Signalanteil auch weitere Anteile, z.B. einen Offset, aufweisen.
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Es sind die unterschiedlichsten Sensorsysteme und viele Variationen von Sensoranordnungen zur Bestimmung von Drehwinkeln mit entsprechend unterschiedlichen Vorzügen und Nachteilen bekannt.
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Als Sensorsystem wird hier eine Einheit bezeichnet, welche mindestens einen Sensor und typischerweise eine Steuereinheit umfasst und eine mindestens ein typischerweise analoges Signal umfassende Signal-Menge ausgibt, wobei die Signal-Menge ausreicht, einen Drehwinkel einer Welle zu bestimmen.
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Beispielsweise umfasst das erste Sensorsystem drei in festen Winkelpositionen auf einem Kreis um die Drehachse der Welle angeordnete horizontale Hall-Sensoren, wobei jeder Hall-Sensor eine erste parallel zu der Drehachse verlaufende Magnetfeldkomponente erfasst.
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Von einer Steuereinheit der Sensoreinheit werden beispielsweise zwei Spannungen als Messwerte ausgegeben, wobei jede Spannung aus jeweils zwei der drei Hallspannungen der drei Sensoren gebildet ist. Das erste Sensorsystem würde also zwei Messwerte liefern, welche sich als Basis zur Bestimmung des Drehwinkels der Welle eignen und dabei Streufeld-unabhängig sind.
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Das zweite Sensorsystem umfasst beispielsweise zwei magnetoresistive Sensoren, z.B. zwei AMR-Sensoren oder zwei TMR-Sensoren oder zwei GMR-Sensoren, wobei die beiden Sensoren beispielsweise auf einem Kreis um die Drehachse der Welle an einander gegenüberliegenden Positionen angeordnet sind und der eine Sensor eine senkrecht zu der Drehachse verlaufende zweite Magnetfeldkomponente erfasst, während der andere Sensor eine zu der zweiten Komponente sowie zu der Drehachse orthogonal verlaufende dritte Magnetfeldkomponente erfasst.
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Eine Steuereinheit des zweiten Sensorsystems liefert entsprechend zwei Spannungen, welche der zweiten bzw. dritte Magnetfeldkomponente entsprechen und sich als Basis zur Bestimmung eines Drehwinkels eignen.
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Die Aufbereitung der Messwerte durch die Signalverarbeitungseinheiten umfasst beispielsweise ein Digitalisieren und/oder ein Herausrechnen eines Offsets z.B. einer Betriebsspannung, einer Phase etc.
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Außerdem versteht es sich, dass das erfindungsgemäße Drehwinkelmessverfahren mittels des Drehwinkelmessschaltkreises durchführbar ist.
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Die Komponenten der Auswerteeinheit bilden eine Schleife, welche mit einer Phasenregelschleife (phase locked loop PLL) vergleichbar ist und quasi das Regeln der zweiten Messwerte anhand der ersten Messwerte ermöglicht. Die bei der Änderung der Messwerte durchgeführte Operation entspricht quasi einer Rotation um einen als Abweichung festgestellten Winkel.
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Die einzelnen Komponenten bzw. Einheiten sind analog, also mittels analoger Komponenten, und/oder digital, also mittels Software, z.B. auf einem (nicht weiter spezifizierten) Mikrokontroller (µC) und/oder als Anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) umgesetzt. Insbesondere durch Hardware-Lösungen kann eine hohe Geschwindigkeit erreicht werden.
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Es versteht sich, dass bei einer digitalen Umsetzung die typischerweise analogen Messwerte der Sensorsysteme erst mittels Analog-Digital-Wandlern umgewandelt werden bzw. der Schaltkreis entsprechende Wandler aufweist.
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Vorzugsweise sind zumindest die beiden Drehwinkelbestimmungseinheiten, die Ausgabewinkelbestimmungseinheit sowie die Vergleichseinheit als Software und/oder ASIC ausgebildet.
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Die erste und zweite Signalverarbeitungseinheiten sind vorzugsweise entweder beide analog oder beide als Software und/oder ASIC ausgebildet.
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Anders ausgedrückt, insbesondere die Auswerteeinheit, also die Regelungsschleife, weist sowohl analoge als auch digitale Komponenten auf.
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Weiter wird angemerkt, dass die Auswerteeinheit vorzugsweise weitere Ausgangsanschlüsse aufweist, weitere Werte, z.B. den mindestens einen weiterverarbeiteten Messwert der zweiten Sensoreinheit und/oder die Abweichung auszugeben.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform weist die erste Messwertverarbeitungseinheit zwischen jedem Eingangsanschluss und der ersten Drehwinkelbestimmungseinheit jeweils einen Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung des mindestens einen Messwerts des ersten Sensorsystems in digitale Signale aufweist, wobei die erste Drehwinkelbestimmungseinheit und die Ausgabewertbestimmungseinheit dazu ausgelegt sind digitale Signale zu verarbeiten.
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In einer anderen Ausführungsform weist die zweite Messwertverarbeitungseinheit zwischen jedem Eingangsanschluss und der ersten Signalverarbeitungseinheit jeweils einen Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung des mindestens einen Messwerts des zweiten Sensorsystems in digitale Signale auf, wobei die zweite Signalverarbeitungseinheit der Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, digitale Signale zu verarbeiten.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist die Auswerteeinheit zwischen der zweiten Signalverarbeitungseinheit und der zweiten Drehwinkelbestimmungseinheit mindestens einen Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren des mindestens einen weiterverarbeiteten Messwerts und zwischen der Vergleichseinheit und der zweiten Signalverarbeitungseinheit einen Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln der Abweichung in ein analoges Signal aufweist, wobei die zweite Drehwinkelbestimmungseinheit und die Vergleichseinheit sowie die erste Messwertverarbeitungseinheit dazu ausgelegt sind, digitale Signale zu verarbeiten und die zweite Signalverarbeitungseinheit sowie die erste Messwertverarbeitungseinheit dazu ausgelegt ist, analoge Signale zu verarbeiten.
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Bei dieser Ausführungsform bleibt der Signalpfad von der zweiten Sensoreinheit bzw. den entsprechenden Eingangsanschlüssen des Schaltkreises vollständig analog bis zu der zweiten Drehwinkelbestimmungseinheit der Auswerteeinheit.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände sowie die laterale und die vertikale Erstreckung sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen, die
- 1 einen schematischen Verlauf einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Drehwinkelmessverfahrens,
- 2 einen schematischen Verlauf einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Drehwinkelmessverfahrens,
- 3 einen Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Drehwinkelmessschaltkreises.
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Die Abbildung der 1 zeigt einen Verlauf eines Drehwinkelmessverfahrens gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, um den Drehwinkel einer um eine Drehachse drehbar gelagerten Welle mittels eines Gebers, eines ersten Sensorsystems mit mindestens einem Magnetfeldsensor einer ersten Art und einem zweiten Sensorsystem mit mindestens einem Magnetfeldsensor der zweiten Art zu bestimmen.
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Zu einem ersten Zeitpunkt t1 wird mittels eines ersten Sensorsystems ein erster Messwert S1 und mit einem zweiten Sensorsystem ein zweiter Messwert T1 ermittelt, wobei das erste Sensorsystem eine erste Magnetfeldkomponente Bz erfasst, das zweite Sensorsystem eine zweite Magnetfeldkomponente Bx und eine dritte Magnetfeldkomponente By erfasst und die Magnetfeldkomponenten Bx, By und Bz zueinander orthogonal verlaufen.
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Ein aufgrund der Anordnung der beiden Sensorsysteme vorliegender konstannter Winkelversatz ΔΦ zwischen Drehwinkelwerten, welche für dieselbe Wellenposition mittels der beiden Sensorsysteme ermittelt werden, ist bekannt.
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Zu dem ersten Messwert S1 wird ein erster Drehwinkelwert Φ1 ermittelt. Anschließend wird anhand des ersten Drehwinkelwerts Φ1 und des Winkelversatzes ΔΦ ein erster Ausgabedrehwinkelwert ΦA1 als Referenzwert/Vergleichswert für das zweite Sensorsystem bestimmt.
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Außerdem wird vor, während oder nach dem ermitteln des ersten Drehwinkelwerts Φ1 und/oder dem Ermitteln des ersten Ausgabedrehwinkelwerts ΦA1 aus dem zweiten Messwert T1 des zweiten Sensorsystems ein zweiter Drehwinkelwert Φ2 ermittelt.
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Im Folgenden wird eine Abweichung D1 des zweiten Drehwinkelwerts Φ2 von dem ersten Ausgabedrehwinkelwert ΦA1 ermittelt. In einer mindestens einmal durchlaufenen Schleife L1 wird die Abweichung D1 minimiert. In der Schleife L1 wird auf Basis der Abweichung D1 der zweite Drehwinkelwert Φ2 direkt oder durch Verändern des vorliegenden zweiten Messwerts T1 und erneutes Bestimmen des zweiten Drehwinkelwerts Φ2 verändert und erneut die Abweichung D1 des nun veränderten zweiten Drehwinkelwerts Φ2 von dem ersten Ausgabedrehwinkelwert ΦA1 bestimmt.
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Die Schleife L1 wird beispielsweise so lange Durchlaufen, bis der Abweichungswert D1 einen Schwellwert unterschreitet.
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Außerdem wird der zweite Drehwinkelwert Φ2 als Endausgabewert ΦE ausgegeben.
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In der Abbildung der 2 ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des Drehwinkelmessverfahrens dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der in der 1 dargestellten Ausführungsform erläutert.
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Als Endausgabewert ΦE wird der erste Ausgabedrehwinkelwert ΦA1 ausgegeben. Die Abweichung D1 wird ermittelt, aber nicht in einer Schleife zur Korrektur/Optimierung des zweiten Drehwinkelwerts Φ2 verwendet, sondern nur zur Überwachung der beiden Sensorsysteme mit einem Schwellwert verglichen, wobei eine Schwellwertüberschreitung mittels eines Fehlerwerts ER ausgegeben bzw. angezeigt wird.
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In der Abbildung der 3 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Drehwinkelmessschaltkreises SCH dargestellt.
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Der Drehwinkelmessschaltkreis SCH weist eine erste Messwertverarbeitungseinheit M1, eine zweite Messwertverarbeitungseinheit M2 und eine Auswerteeinheit AE auf.
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Die erste Messwertverarbeitungseinheit M1 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Eingangsanschlüsse, eine Drehwinkelbestimmungseinheit W1, eine Ausgabewertbestimmungseinheit AU und einen Ausgangsanschluss auf.
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Die Eingangsanschlüsse sind dazu ausgelegt, mit einer ersten Sensoreinheit (nicht dargestellt) verbunden zu werden, um zwei erste Messsignale S1 und S2 von der ersten Messeinheit zu erhalten. Mittels der erste Drehwinkelbestimmungseinheit W1 ist einen ersten Drehwinkelwert Φ1 aus den beiden über Eingangsanschlüsse von der ersten Sensoreinheit empfangenen ersten Messwerten S1 und S2 bestimmbar.
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Die Ausgangswertbestimmungseinheit AU ist dazu ausgelegt, den ersten Drehwinkelwert Φ1 zu empfangen und anhand des ersten Drehwinkelwerts Φ1 und eines bekannten konstanten Winkelversatzes ΔΦ zwischen dem ersten und zweiten Sensorsystem einen ersten Ausgabedrehwinkelwert ΦA1 zu bestimmen. Hierfür ist beispielsweise der Winkelversatz ΔΦ oder eine Tabelle mit entsprechend umgerechneten Winkelwerten, ein Look-up-Table, in der Ausgangswertbestimmungseinheit AU hinterlegt. Der Ausgangsanschluss ist dazu ausgelegt, den ersten Ausgabedrehwinkelwert ΦA1 auszugeben.
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Die zweite Messwertverarbeitungseinheit M2 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Eingangsanschlüsse zum Empfangen von zwei Messwerten T1 und T2 eines zweiten Sensorsystems, eine erste Signalverarbeitungseinheit SV1 sowie einen Ausgangsanschluss auf. Die erste Signalverarbeitungseinheit SV1 ist dazu ausgelegt, die beiden Messwerte T1 und T2 aufzubereiten und als aufbereitete Messwerte T1' und T2' via den Ausgangsanschluss auszugeben.
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Die Auswerteeinheit AE ist dazu ausgelegt, via zweier Eingangsanschlüsse die beiden aufbereiteten Messwerte T1' und T2' von der zweiten Messwertverarbeitungseinheit M2 zu empfangen und mittels einer zweiten Signalverarbeitungseinheit SV2 unter Berücksichtigung einer Abweichung D1 zu verändern oder zu belassen und als weiterverarbeitete Messwerte T1'' und T2'' an eine zweite Drehwinkelbestimmungseinheit W2 der Auswerteeinheit AE weiterzugeben.
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Die zweite Drehwinkelbestimmungseinheit W2 ist dazu ausgelegt, aus den beiden weiterverarbeiteten Messwerten T1'' und T2" der zweiten Sensoreinheit einen zweiten Drehwinkelwert Φ2 zu bestimmen und den zweiten Drehwinkelwert Φ2 an eine Vergleichseinheit VE der Auswerteeinheit AE weiterzugeben.
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Die Vergleichseinheit VE ist dazu ausgelegt, über einen weiteren Eingangsanschluss der Auswerteeinheit AE den ersten Drehwinkelwert Φ1 von der ersten Messwertverarbeitungseinheit M1 zu empfangen, den zweiten Drehwinkelwert Φ2 von der zweiten Drehwinkelbestimmungseinheit W2 zu empfangen, die Abweichung des zweiten Drehwinkelwerts Φ2 von dem ersten Drehwinkelwert Φ1 zu bestimmen und die Abweichung an die zweite Signalverarbeitungseinheit SV2 weiterzugeben.
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Außerdem weist die Auswerteeinheit AE einen Ausgangsanschluss zur Ausgabe des zweiten Drehwinkelwerts Φ2 als Endausgabewert ΦE auf.
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Alternativ (gestrichelt dargestellt) weist die erste Messwertverarbeitungseinheit M1 einen weiteren Ausgangsanschluss zur Ausgabe des ersten Ausgabedrehwinkels ΦA1 oder des ersten Drehwinkelwerts Φ1 auf, wobei der Ausgangsanschluss der Auswerteeinheit AE beispielsweise dazu geeignet ist, die Abweichung D1 auszugeben.
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In einer weiteren Alternative (strichpunktiert dargestellt) weist die Auswerteeinheit AU zwei Ausgangsanschlüsse aus, wobei die Ausgangsanschlüsse dazu ausgelegt sind jeweils einen der beiden weiterverarbeiteten Messwerte T1'' oder T2'' der zweiten Sensoreinheit auszugeben.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform sind alle oberhalb der gepunkteten Linie L angeordneten Komponenten des Drehwinkelbestimmungsschaltkreises SCH analog und die unterhalb der Linie angeordneten sind digital ausgeführt. Alternativ sind beispielsweise alle Komponenten des Drehwinkelbestimmungsschaltkreises SCH digital ausgeführt. Es versteht sich, dass der Drehwinkelbestimmungsschaltkreis SCH gegebenenfalls, insbesondere wenn die Messsignale S1, S2 und/oder T1, T2 analog sind und/oder zwischen digitalen und analogen Komponenten, entsprechende Wandler umfasst.
