DE102019120887B3

DE102019120887B3 - Verfahren zur Drehwinkelerfassung, entsprechende Schaltung und Vorrichtung zur Drehwinkelerfassung

Info

Publication number: DE102019120887B3
Application number: DE102019120887.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Götz; Jan Kacetl; Tomas Kacetl
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2020-07-16
Anticipated expiration: 2039-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen eines Drehwinkelgebers, insbesondere eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs, wobei aus einem ersten und zweiten Rohsignal des Drehwinkelgebers ein Drehwinkel des Rotors bestimmt und in einem Bereitstellungsschritt von dem Drehwinkelgeber ein erstes und ein zweites Rohsignal bereitgestellt wird; in einem Filterschritt durch Filtern der beiden Rohsignale ein erstes und zweites gefiltertes Signal erzeugt wird; in einem Gewichtungsschritt Gewichte des ersten und zweiten Rohsignals, sowie Gewichte des ersten und zweiten gefilterten Signals ermittelt werden, wobei die Ermittlung der Gewichte in Abhängigkeit von einer Winkelgeschwindigkeit des Rotors erfolgt; in einem Superpositionsschritt das erste Rohsignal mit dem ersten gefilterten Signal zu einem ersten Kombinationssignal superpositioniert wird und das zweite Rohsignal mit dem zweiten gefilterten Signal zu einem zweiten Kombinationssignal superpositioniert wird, wobei jedes Rohsignal und jedes gefilterte Signal mit seinem im Gewichtungsschritt bestimmten Gewicht in die Superposition eingeht und in einem Bestimmungsschritt der Drehwinkel aus dem ersten und zweiten Kombinationssignal bestimmt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaltung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine entsprechende Messvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen eines Drehwinkelgebers, insbesondere eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs, wobei aus einem ersten und zweiten Rohsignal des Drehwinkelgebers ein Drehwinkel des Rotors bestimmt wird.
Zur phasenkorrekten Ansteuerung einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Motors oder eines Generators, ist es notwendig, die relative Lage von Rotor und Stator zu kennen. Üblicherweise wird die Lage des Rotors relativ zum Stator durch den Rotorwinkel angegeben. Dieser wird im Allgemeinen mittels eines auf der Rotorwelle angeordneten Drehwinkelgebers bestimmt. Der Drehwinkelgeber stellt ein erstes und ein zweites Rohsignal zur Verfügung, aus denen sich der Drehwinkel, und somit auch der Rotorwinkel, extrahieren lässt.
Üblicherweise werden hier magnetische Drehwinkelgeber eingesetzt. Diese weisen ebenfalls einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Stator umfänglich angeordnete Elemente zur Erzeugung eines Magnetfeldes und umfänglich angeordnete Elemente zur Detektion eines Magnetfeldes aufweist. Der Rotor weist ein magnetisch leitfähiges Material sowie Markierungen auf, die das von den Elementen des Stators erzeugte Magnetfeld verändern. Beispielsweise kann der Rotor umfänglich periodisch angeordnete Einkerbungen und/oder Ausbuchtungen, Stifte oder Zähne aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Rotor ein umfänglich angeordnetes magnetisch und/oder elektrisch leitfähiges periodisches Muster aufweisen. Bei Rotation des Rotors im Stator verändert sich das von den Elementen des Stators erzeugte Magnetfeld periodisch. Diese Magnetfeldänderung wird mittels der Elemente des Stators zur Detektion des Magnetfeldes gemessen. Der Drehwinkelgeber stellt bevorzugt ein erstes und zweites Rohsignal zur Verfügung, aus dem sich der Drehwinkel seines Rotors bestimmen lässt.
Unregelmäßigkeiten des Drehwinkelgebers führen zu Störsignalen, die das Grundsignal des ersten und zweiten Rohsignals überlagern, verzerren und/oder modulieren. Insbesondere kann das Grundsignal durch hochfrequentere höhere Harmonische überlagert werden. Die Amplitude des Grundsignals kann variieren. Die Variation der Amplitude des ersten Rohsignals unterscheidet sich in der Regel von der Variation der Amplitude des zweiten Rohsignals. Selbst bei gleichförmiger Drehung des Rotors kann die Periode des mittels des Drehwinkelgebers gemessenen Drehwinkels variable Offsets aufweisen. Die gemessene Winkelgeschwindigkeit ist nicht konstant.
Dies ist insbesondere bei Drehwinkelgebern nachteilig, die den Drehwinkel aus dem Arcustangens eines Quotienten aus sinusförmigem und cosinusförmigem Rohsignal bestimmen. Aufgrund der Quotientenbildung können hier bereits kleine Abweichungen im cosinusförmigen Rohsignal zu einem erheblichen Fehler bei der Drehwinkelbestimmung führen.
Im derzeitigen Stand der Technik wird deshalb die Drehwinkelextraktion mittels Arcustangens nur bei guter Qualität der Rohsignale angewandt. Bei schlechterer Qualität werden häufig Phasenregelschleifen (engl.: phase-locked loops, PLL] eingesetzt. Diese haben jedoch den Nachteil, dass eine zuverlässige Bestimmung des Rohsignals nur möglich ist, wenn entweder die Amplitude oder die Phase des Rohsignals konstant bleibt. Bei veränderlicher Motorgeschwindigkeit und schlechter Rohsignalqualität schwanken jedoch beide Größen. In diesem Fall erlauben Phasenregelschleifen keine zuverlässige Bestimmung des Rohsignals. Ein weiterer Nachteil des Einsatzes von Phasenregelschleifen ist der hohe Aufwand an Rechenzeit und die notwendig hohen Rechenkapazitäten. Der Einsatz von großen Prozessoren oder field programmable gate arrays steht einer kostengünstigen Umsetzung entgegen.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Schaltung und eine Messvorrichtung zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen eines Drehwinkelgebers, insbesondere eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs, zur Verfügung zu stellen, die die zuverlässige und genaue Drehwinkelbestimmung ohne hohen Rechenaufwand und ohne den Einsatz großer Prozessoren oder anderer Rechenressourcen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen eines Drehwinkelgebers, insbesondere eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs, wobei aus einem ersten und zweiten Rohsignal des Drehwinkelgebers ein Drehwinkel des Rotors bestimmt wird, wobei in einem Bereitstellungsschritt von dem Drehwinkelgeber ein erstes und ein zweites Rohsignal bereitgestellt wird, in einem Filterschritt durch Filtern der beiden Rohsignale ein erstes und zweites gefiltertes Signal erzeugt wird, in einem Gewichtungsschritt Gewichte des ersten und zweiten Rohsignals, sowie Gewichte des ersten und zweiten gefilterten Signals ermittelt werden, wobei die Ermittlung der Gewichte in Abhängigkeit von einer Winkelgeschwindigkeit des Rotors erfolgt, in einem Superpositionsschritt das erste Rohsignal mit dem ersten gefilterten Signal zu einem ersten Kombinationssignal superpositioniert wird und das zweite Rohsignal mit dem zweiten gefilterten Signal zu einem zweiten Kombinationssignal superpositioniert wird, wobei jedes Rohsignal und jedes gefilterte Signal mit seinem im Gewichtungsschritt bestimmten Gewicht in die Superposition eingeht und in einem Bestimmungsschritt der Drehwinkel aus dem ersten und zweiten Kombinationssignal bestimmt wird.
Hiermit wird ein Verfahren zur zuverlässigen und genauen Drehwinkelbestimmung mit geringem Rechenaufwand zur Verfügung gestellt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere ein Verfahren zur offseteliminierenden Drehwinkelbestimmung zur Verfügung gestellt. Dabei wird die Eliminierung potentieller Offsets nur bei Winkelgeschwindigkeiten angewandt, bei denen sich diese Offsets tatsächlich bestimmen lassen. Die Offset-Eliminierung erfolgt durch Filtern des ersten und zweiten Rohsignals im Filterschritt. Entscheidend für die vorliegende Erfindung ist, dass die Drehwinkelbestimmung nicht aus dem ersten und zweiten gefilterten Signal erfolgt, sondern aus dem ersten und zweiten Kombinationssignal. Das erste und zweite Kombinationssignal weist eine winkelgeschwindigkeitsabhängige Superposition des ersten bzw. zweiten Rohsignals mit dem ersten bzw. zweiten gefilterten Signal auf. Die winkelgeschwindigkeitsabhängige Superposition des jeweiligen Rohsignals mit dem zugehörigen gefilterten Signal erlaubt eine Interpolation zwischen einer Bestimmung des Drehwinkels allein aus den Rohsignalen und einer Bestimmung des Drehwinkels allein aus den gefilterten Signalen in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit.
Bevorzugt ist der Drehwinkelgeber ein VR-Resolver. Der VR-Resolver bestimmt den Drehwinkel eines Rotors mit Hilfe eines rotationsabhängig variierenden magnetischen Widerstands, weshalb der Resolver als variable reluctance Resolver, kurz VR-Resolver, bezeichnet wird. Der VR-Resolver weist bevorzugt einen runden, umlaufend mit periodischen Einkerbungen und/oder Ausbuchtungen versehenen Rotor auf, der auf einer Welle eines Motors oder Generators, bevorzugt eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs, rotierbar angeordnet ist. Auf den Rotor ist bevorzugt umlaufend ein leitfähiges periodisches, insbesondere sinusförmiges, Muster aufgeprägt. Der Rotor ist auf einer Achse eines zylinderförmigen ortsfesten Stators innerhalb desselben angeordnet. Der Stator weist innen umfänglich angeordnete Spulen auf, die mit Anschlussklemmen zur Ausgabe von Rohsignalen verbunden sind. Bevorzugt weist der Stator Eingabespulen zur Erzeugung eines Magnetfeldes und doppelphasige Ausgabespulen zur Detektion einer Magnetfeldänderung auf. Rotor und Statorspulen weisen ein magnetisch und/oder elektrisch leitfähiges Material, bevorzugt Metall, auf. Durch Rotation des Rotors verändert sich die Magnetfeldstärke in den Ausgabespulen des Stators in Abhängigkeit von der Rotorgeschwindigkeit. Der Drehwinkelgeber gibt ein erstes und zweites Rohsignal aus, die insbesondere um π/2 phasenversetzt sind.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt, besonders bevorzugt von einem Beginn der Rotordrehung bis zu einem Ende der Rotordrehung. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet ein Takt einen Durchlauf des Verfahrens.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem Rückkopplungsschritt die Winkelgeschwindigkeit des Rotors aus der zeitlichen Veränderung des bestimmten Drehwinkels ermittelt und mittels einer Rückkopplungsschleife zur Ermittlung der Gewichte im Gewichtungsschritt zur Verfügung gestellt. Hierdurch wird die Ermittlung der Gewichte in Abhängigkeit der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit ermöglicht. Eine Einspeisung externer Daten ist nicht notwendig.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Rohsignal ein sinusförmiges Signal und das zweite Rohsignal ein cosinusförmiges Signal auf. Insbesondere weist das erste Rohsignal ein sinusförmiges Grundsignal und das zweite Rohsignal ein cosinusförmiges Grundsignal auf. Beispielsweise weist das erste Rohsignal ein zu einem Signal des zweiten Rohsignals um π/2 phasenversetztes Signal auf. Insbesondere ist das erste Grundsignal zum zweiten Grundsignal um π/2 verschoben. Bevorzugt wird der Drehwinkel im Bestimmungsschritt aus dem Arcustangens des Quotienten aus dem ersten Kombinationssignal und dem zweiten Kombinationssignal bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Rückkopplungsschritt die Winkelgeschwindigkeit als Quotient aus einer Drehwinkeländerung und einem Zeitintervall bestimmt, wobei die Drehwinkeländerung als Teilerrest der Division der diskreten Zeitableitung des im Bestimmungsschritt bestimmten Drehwinkels durch eine Periode des bestimmten Drehwinkels ermittelt wird. Bevorzugt ist die Periode 2π oder 360°. Bevorzugt wird die diskrete Zeitableitung als Differenz von dem bestimmten Drehwinkel und dem in einem vorhergehenden Takt bestimmten Drehwinkel ermittelt. Besonders bevorzugt wird die diskrete Zeitableitung aus der Differenz von dem bestimmten Drehwinkel und dem im vorhergehenden Takt bestimmten Drehwinkel ermittelt. Das Zeitintervall ist beispielsweise das durchschnittliche Zeitintervall, das zwischen der Bestimmung der beiden Drehwinkel vergeht, insbesondere die durchschnittliche Zeit eines Takts. Das Zeitintervall wird bevorzugt als Konstante vorgegeben.
Bevorzugt werden das erste Rohsignal und das zweite Rohsignal im Filterschritt hochpassgefiltert. Hierdurch werden niederfrequentere Störsignale, insbesondere Störsignale mit einer Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz des Hochpassfilters, herausgefiltert.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Gewichte der beiden Rohsignale und der beiden gefilterten Signale derart ermittelt, dass bei niedriger Winkelgeschwindigkeit das erste Rohsignal im Kombinationssignal und das zweite Rohsignal im Kombinationssignal dominiert und bei hoher Winkelgeschwindigkeit das erste gefilterte Signal im Kombinationssignal und das zweite gefilterte Signal im Kombinationssignal dominiert. Bevorzugt wird bei niedrigen Winkelgeschwindigkeiten das ursprüngliche erste und zweite Rohsignal verwendet.
Insbesondere werden potentielle Offsets bei niedrigen Winkelgeschwindigkeiten ignoriert, da sich Offsets in diesem Bereich nicht identifizieren und bestimmen lassen. Bei hohen Winkelgeschwindigkeiten wird bevorzugt das erste und zweite gefilterte Signal verwendet, so dass insbesondere potentielle Offsets gefiltert werden. Bevorzugt sind die Gewichte durch von der Winkelgeschwindigkeit abhängige Gewichtsfunktionen definiert.
Bevorzugt ist das Gewicht des ersten Rohsignals identisch zu dem Gewicht des zweiten Rohsignals. In einer alternativen Ausführungsform differiert das Gewicht des ersten Rohsignals von dem Gewicht des zweiten Rohsignals. Bevorzugt ist das Gewicht des ersten gefilterten Signals identisch zu dem Gewicht des zweiten gefilterten Signals. Alternativ differiert das Gewicht des ersten gefilterten Signals von dem Gewicht des zweiten gefilterten Signals.
Bevorzugt sind die Gewichte durch eine lineare oder sigmoide Gewichtungsfunktion definiert. Beispiele für sigmoide Gewichtsfunktionen sind beispielsweise die logistische Funktion, der Arkustangens, der Tangens hyperbolicus und die Fehlerfunktion.
Besonders bevorzugt strebt bei Winkelgeschwindigkeiten unterhalb einer Winkelgeschwindigkeit, die der Grenzfrequenz des Hochpassfilterns entspricht, das Gewicht des ersten und zweiten gefilterten Signals gegen Null. Insbesondere ist der Anteil des ersten und zweiten gefilterten Signals am ersten bzw. zweiten Kombinationssignal gering, wenn durch Hochpassfiltern das erste und zweite Grundsignal herausgefiltert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der im Bestimmungsschritt bestimmte Drehwinkel in einem Drehwinkel-Filterschritt gefiltert, insbesondere tiefpassgefiltert. Hierdurch werden hochfrequentere Störsignale herausgefiltert. Die Genauigkeit des Verfahrens zur Drehwinkelbestimmung wird so erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Drehwinkel-Filterschritt ein Teilerrest einer Division einer Änderung des im Bestimmungsschritt bestimmten Drehwinkels durch eine Periode, insbesondere 2π oder 360°, ermittelt. Insbesondere wird die Änderung des bestimmten Drehwinkels modulo einer Periode, insbesondere 2π oder 360°, ermittelt. Hierdurch wird ein Filtern unter Berücksichtigung der Periodizität des zugrundeliegenden Signals, d.h. des bestimmten Drehwinkels, ermöglicht. Insbesondere wird so ein Drehwinkel zur Verfügung gestellt, dessen Wert in einem endlichen Intervall, insbesondere in einem Intervall der Länge 2π, liegt. Die Änderung des bestimmten Drehwinkels wird beispielsweise durch die Differenz von dem im vorhergehenden Takt bestimmten Drehwinkels und dem im aktuellen Takt bestimmten Drehwinkel ermittelt.
Bevorzugt wird der im Bestimmungsschritt bestimmte Drehwinkel in dem Drehwinkel-Filterschritt mit einem IIR-Filter erster Ordnung gefiltert. Bevorzugt ist das IIR-Filter ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (engl.: infinite impulse response, IIR). Das Filter ist bevorzugt ein digitales Filter.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem Kompensationsschritt ein durch den Drehwinkel-Filterschritt verursachter Phasenversatz des im Drehwinkel-Filterschritt gefilterten Drehwinkels kompensiert. Dies erhöht die Genauigkeit des Verfahrens zur Drehwinkelbestimmung.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Kompensationsschritt eine Winkelgeschwindigkeit durch zeitliche Ableitung des gefilterten Drehwinkels ermittelt und eine zur ermittelten Winkelgeschwindigkeit proportionale Phase bestimmt und von dem gefilterten Drehwinkel subtrahiert. Durch die Winkelgeschwindigkeit kann der durch das Filtern im Filterschritt verursachte Phasenversatz abgeschätzt werden. Die Winkelgeschwindigkeit wird bevorzugt mit einer Konstante multipliziert. Die Konstante wird beispielsweise mittels Kalibrierung bestimmt.
Bevorzugt wird zur Bestimmung der Phase die im Kompensationsschritt ermittelte Winkelgeschwindigkeit tiefpassgefiltert.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zur Ausführung eines Verfahrens zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen eines Drehwinkelgebers, insbesondere eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs, , wobei die Schaltung einen ersten und zweiten Signaleingang für ein erstes und zweites Rohsignal des Drehwinkelgebers aufweist, die Schaltung ein erstes Filter zum Filtern des ersten Rohsignals und ein zweites Filter zum Filtern des zweiten Rohsignals aufweist, die Schaltung eine mit dem ersten Signaleingang und dem Signalausgang des ersten Filters verbundenes erstes Summations- und Multiplikationsglied aufweist, welches einen Eingang zur Eingabe eines Multiplikators aufweist, der von einer Winkelgeschwindigkeit des Rotors abhängig ist, die Schaltung eine mit dem zweiten Signaleingang und dem Signalausgang des zweiten Filters verbundenes zweites Summations- und Multiplikationsglied aufweist, welches einen Eingang zur Eingabe eines Multiplikators aufweist, der von einer Winkelgeschwindigkeit des Rotors abhängig ist und die Schaltung ein mit dem Signalausgang des ersten und zweiten Summations- und Multiplikationsglieds verbundenes nichtlineares Übertragungsglied zur Drehwinkelbestimmung aufweist.
Die Schaltung setzt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens um. Die Schaltung ist bevorzugt eine digitale Schaltung. In einer alternativen Ausführungsform ist die Schaltung eine analoge Schaltung. Das erste und zweite Filter ist bevorzugt ein Hochpassfilter. Hierdurch wird die Eliminierung des Offsets, insbesondere in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit, ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltung eine Rückkopplungsschleife auf, die das nichtlineare Übertragungsglied mit dem ersten und mit dem zweiten Summations- und Multiplikationsglied verbindet, wobei die Rückkopplungsschleife eine Schaltung zur Winkelgeschwindigkeitsermittlung aus dem bestimmten Drehwinkel und ein nichtlineares Übertragungsglied zur Bestimmung mindestens eines Gewichtes aufweist.
Bevorzugt weist die Schaltung zur Winkelgeschwindigkeitsermittlung ein Verzögerungsglied zur diskreten Zeitableitung und ein nichtlineares Übertragungsglied zur Bildung eines Teilerrests einer Division der diskreten Zeitableitung durch eine Periodizität des bestimmten Drehwinkels auf. Bevorzugt weist ist das nichtlineare Übertragungsglied ein nichtlineares Übertragungsglied zur Ausführung einer Modulo-Operation. Die diskrete Zeitableitung wird bevorzugt als Differenz von bestimmtem Drehwinkel und mittels des Verzögerungsglieds verzögerten Drehwinkels bestimmt. Bevorzugt stellt das Verzögerungsglied den im vorhergehenden Takt bestimmten Drehwinkel zur Verfügung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das nichtlineare Übertragungsglied zur Drehwinkelbestimmung mit einem Filter, insbesondere einem Tiefpassfilter, zur Filterung des bestimmten Drehwinkels verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Filter ein IIR-Filter erster Ordnung. Das IIR-Filter erlaubt aufgrund der unendlichen Impulsantwort die Realisierung einer definierten Kennlinie mit vergleichsweise wenigen Bauteilen. Bevorzugt weist das Filter ein nichtlineares Übertragungsglied zur Bildung eines Teilerrests auf. Hierdurch wird ein Filter zur Verfügung gestellt, das ein periodisches Signal, insbesondere den bestimmten Drehwinkel, filtern kann und die Periodizität des Signals, insbesondere des bestimmten Drehwinkels, erhält. Bevorzugt wird ist das nichtlineare Übertragungsglied zur Bildung eines Teilerrests ein nichtlineares Übertragungsglied zur Bildung eines Teilerrests einer Division von der Änderung des bestimmten Drehwinkels durch eine Periode des bestimmten Drehwinkels, insbesondere 2π. Bevorzugt ist das nichtlineare Übertragungsglied zur Bildung eines Teilerrests in einer Rückkopplungsschleife des Filters nach dem Verzögerungsglied angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Filter zur Filterung des bestimmten Drehwinkels mit einer Schaltung zur Kompensation des Phasenversatzes verbunden. Hiermit lässt sich vorteilhaft der durch das Filtern des bestimmten Drehwinkels erzeugte Phasenversatz korrigieren. Dies ist insbesondere relevant, wenn die Grenzfrequenz des Filters nahe an der Frequenz des ersten oder zweiten Grundsignals liegt, da dann der Phasenversatz des Übergangsbereichs des Filters sehr groß ist. Dies tritt beispielsweise bei Filterung einer zweiten oder dritten Harmonischen des ersten oder zweiten Grundsignals auf.
Bevorzugt weist die Schaltung zur Kompensation des Phasenversatzes ein Glied zur Schätzung der Winkelgeschwindigkeit auf. Bevorzugt weist das Glied zur Schätzung der Winkelgeschwindigkeit ein Glied zur Zeitableitung auf. Hierdurch wird eine Schaltung zur Verfügung gestellt, die den Phasenversatz abhängig von der Winkelgeschwindigkeit korrigieren kann. Insbesondere kann eine zur Winkelgeschwindigkeit proportionale Phase subtrahiert werden.
Besonders bevorzugt weist die Schaltung zur Kompensation des Phasenversatzes ein Tiefpassfilter auf. Hierdurch wird das Winkelgeschwindigkeitssignal stabilisiert. Insbesondere werden durch die Zeitableitung verursachte Spitzen und Unstetigkeitsstellen geglättet.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Messvorrichtung zur Messung eines Drehwinkels mit einem Drehwinkelgeber zur Bereitstellung von Rohsignalen und einer vorstehend beschriebenen Schaltung zur Ausführung eines Verfahrens zur Drehwinkelbestimmung aus den Rohsignalen des Drehwinkelgebers.
Bei der Messvorrichtung können dieselben Vorteile wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.

1 illustriert schematisch einen Drehwinkelgeber zur Bereitstellung eines ersten und eines zweiten Rohsignals.
2 illustriert schematisch ein erstes und ein zweites Rohsignal eines Drehwinkelgebers.
3 illustriert schematisch ein Verfahren und eine Schaltung zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen eines Drehwinkelgebers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 illustriert schematisch ein Verfahren und eine Schaltung zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen eines Drehwinkelgebers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 illustriert schematisch ein Verfahren und eine Schaltung zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen eines Drehwinkelgebers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt schematisch einen Drehwinkelgeber 1 zur Bereitstellung eines ersten und zweiten Rohsignals 8, 9. Der Drehwinkelgeber 1 ist ein VR-Resolver und nutzt die Variation des magnetischen Widerstands zur Bestimmung des Drehwinkels eines Rotors, insbesondere eines Rotors eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs. Der Drehwinkelgeber 1 ist bevorzugt auf einer Rotorwelle, insbesondere eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs, angeordnet, so dass sich aus dem mittels des Drehwinkelgebers 1 bestimmten Drehwinkels der Winkel des Rotors, insbesondere eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs, ermitteln lässt. Der Drehwinkelgeber 1 weist einen Rotor 2 auf. Der Rotor 2 ist ringförmig ausgebildet und weist einen Querschnitt mit umlaufend angeordneten Einbuchtungen auf. Insbesondere variiert der Radius des Rotors 2 umlaufend periodisch. In der dargestellten Ausführungsform weist der Rotor 2 vier symmetrisch angeordnete Einbuchtungen auf. Es sind jedoch auch zwei, drei, fünf umlaufend angeordnete Einbuchtungen möglich. Der Rotor weist ferner bevorzugt ein magnetisch und/oder elektrisch leitfähiges periodisches Muster auf. Besonders bevorzugt ist das leitfähige periodische Muster außen umlaufend auf der Oberfläche des Rotors 2 angeordnet. Der Rotor 2 ist auf einer Zylinderachse eines zylinderförmig ausgebildeten Stators 3 innerhalb des Stators 3 angeordnet. Der Stator 3 weist innen umlaufend eine Vielzahl von Spulen 4 auf. Insbesondere weist der Stator 3 Spulen 4 zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf. Durch Rotation des Rotors 2 im Stator 3 wird durch die umlaufend angeordneten Einbuchtungen und bevorzugt durch das umlaufend angeordnete leitfähige periodische Muster eine von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 2 abhängige Änderung des Magnetfelds bewirkt. Die Änderung des Magnetfelds wird mittels mindestens einer Spule 4 zur Detektion einer Magnetfeldänderung detektiert. Die mindestens eine Spule 4 zur Detektion einer Magnetfeldänderung weist eine zweiphasige Spulenanordnung auf. Die zweiphasige Spulenanordnung weist eine erste Wicklung mit einer ersten Orientierung und eine zweite Wicklung mit einer zweiten von der ersten verschiedenen Orientierung auf. Bevorzugt schließen die erste und die zweite Orientierung einen Winkel von 90° ein. In der mindestens einen Spule 4 zur Detektion einer Magnetfeldänderung wird durch die Rotation des Rotors 2 eine Wechselspannung induziert. Die in der ersten Wicklung induzierte erste Spannung ist bevorzugt um π/2 zur in der zweiten Wicklung induzierten zweiten Spannung phasenversetzt. Der Drehwinkelgeber 1 stellt ein erstes Rohsignal 8 zur Verfügung, das die erste Spannung aufweist. Der Drehwinkelgeber stellt ein zweites Rohsignal 9 zur Verfügung, das die zweite, um π/2 zur ersten Spannung phasenversetzte Spannung aufweist.
2 zeigt schematisch ein erstes Rohsignal 8 und ein zweites Rohsignal 9 eines Drehwinkelgebers 1. Das erste Rohsignal 8 weist ein sinusförmiges Signal auf. Das zweite Rohsignal 9 weist ein cosinusförmiges Signal auf. Insbesondere weist das erste Rohsignal 8 eine Amplitude einer in einer ersten Wicklung einer zweiphasigen Spulenanordnung induzierte Wechselspannung auf und das zweite Rohsignal 9 eine Amplitude einer in einer zur ersten um 90° gedrehten zweiten Wicklung einer zweiphasigen Spulenanordnung induzierte Wechselspannung auf. Insbesondere weist das erste Rohsignal 8 ein sinusförmiges Grundsignal auf und das zweite Rohsignal 9 ein cosinusförmiges Grundsignal auf. Das sinusförmige Grundsignal resultiert aus der in einer ersten Wicklung einer zweiphasigen Spulenanordnung eines idealen, d.h. fehlerfreien, Drehwinkelgebers 1 induzierten Wechselspannungsamplitude. Das cosinusförmige Grundsignal resultiert aus der in einer zweiten zur ersten um 90° gedrehten Wicklung einer zweiphasigen Spulenanordnung eines idealen Drehwinkelgebers 1 induzierten Wechselspannungsamplitude. Durch Unregelmäßigkeiten im Drehwinkelgeber 1 werden diese Grundsignale durch Störsignale überlagert, verzerrt und/oder moduliert. Solche Unregelmäßigkeiten des Drehwinkelgebers 1 können durch einen fehlerhaften Einbau, beispielsweise einer nicht-mittigen Anordnung des Rotors 2 im Stator 3, verursacht werden. Aber auch eine Abweichung des umlaufend auf dem Rotor 2 angeordneten leitfähigen periodischen Musters von der periodischen, beispielsweise sinusförmigen, Form führt zu einer Überlagerung, Verzerrung und/oder Amplitudenmodulation der Grundsignale. Wie aus den dargestellten Rohsignalen 8, 9 erkennbar, variieren die Einhüllenden des ersten und zweiten Rohsignals 8, 9. Die Einhüllende des ersten Rohsignals 8 differiert von der Einhüllenden des zweiten Rohsignals 9. Die Periode des ersten Rohsignals 8 und die Periode des zweiten Rohsignals 9 variiert. Es ist ein Offset erkennbar. Die Abweichung des ersten und zweiten Rohsignals 8, 9 von den idealen Grundsignalen durch Unregelmäßigkeiten des Drehwinkelgebers 1 verhindern eine exakte, d.h. fehlerfreie, Bestimmung des Drehwinkels 1 eines Rotors, insbesondere eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs.
3 zeigt schematisch ein Verfahren und eine Schaltung zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen 8, 9 eines Drehwinkelgebers 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung weist einen ersten und zweiten Signaleingang 10, 11 für ein erstes und zweites Rohsignal 8, 9 des Drehwinkelgebers 1 auf. Das erste und zweite Rohsignal 8, 9 werden in einem Bereitstellungsschritt vom Drehwinkelgeber 1 zur Verfügung gestellt. Die Schaltung weist ferner ein erstes Filter 12 zum Filtern des ersten Rohsignals 8 und ein zweites Filter 13 zum Filtern des zweiten Rohsignals 9 auf. Das erste und zweite Filter 12, 13 sind bevorzugt Hochpassfilter. Mittels des ersten und zweiten Filters 12, 13 wird aus dem ersten Rohsignal 8 ein erstes gefiltertes Signal und aus dem zweiten Rohsignal 9 ein zweites gefiltertes Signal erzeugt. Die Schaltung weist weiterhin ein erstes und ein zweites Summations- und Multiplikationsglied 14, 15 auf. Das erste Summations- und Multiplikationsglied 14 ist mit dem ersten Signaleingang 10 und dem Ausgang des ersten Filters 12 verbunden. Das zweite Summations- und Multiplikationsglied 15 ist mit dem zweiten Signaleingang 11 und dem Ausgang des zweiten Filters 13 verbunden. In einem auf den Filterschritt folgenden Gewichtungsschritt werden Gewichte des ersten und zweiten Rohsignals 8, 9 sowie Gewichte des ersten und zweiten gefilterten Signals ermittelt. Die Ermittlung der Gewichte erfolgt in Abhängigkeit von einer Winkelgeschwindigkeit des Rotors 2. Die Gewichte werden als Multiplikatoren an das erste und das zweite Summations- und Multiplikationsglied 14, 15 gegeben. Hierzu weisen das erste und das zweite Summations- und Multiplikationsglied 14, 15 jeweils einen Eingang zur Eingabe mindestens eines Multiplikators auf. Im ersten Summations- und Multiplikationsglied 14 wird das erste Rohsignal 8 mit dem ersten gefilterten Signal in einem Superpositionsschritt zu einem ersten Kombinationssignal 14 superpositioniert, wobei das erste Rohsignal 8 und erste gefilterte Signal mit ihren jeweiligen Gewichten in die Superposition eingehen. Das zweite Rohsignal 9 wird mit dem zweiten gefilterten Signal im Superpositionsschritt im zweiten Summations- und Multiplikationsglied 15 zu einem zweiten Kombinationssignal 15 superpositioniert, wobei das zweite Rohsignal 9 und das zweite gefilterte Signal jeweils mit ihren Gewichten in die Superposition eingehen. Die winkelgeschwindigkeitsabhängige Superposition der Rohsignale 8, 9 mit dem zugehörigen gefilterten Signal erlaubt eine Interpolation des ersten und zweiten Kombinationssignals 24, 25 zwischen dem reinen ersten und zweiten Rohsignals 8, 9 und dem reinen ersten und zweiten gefilterten Signal. Bevorzugt ist das Gewicht des ersten Rohsignals 8 identisch zu dem Gewicht des zweiten Rohsignals 9. Bevorzugt ist das Gewicht des ersten gefilterten Signals identisch zu dem Gewicht des zweiten gefilterten Signals. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gewicht des ersten und zweiten Rohsignals 8, 9 bei gegebener Winkelgeschwindigkeit ω eine Konstante (1-a(ω)) und das Gewicht des ersten und zweiten gefilterten Signals ebenfalls eine Konstante a(ω). Der Signalausgang des ersten Summations- und Multiplikationsglieds 14 und der Signalausgang des zweiten Summations- und Multiplikationsglieds 15 sind mit einem nichtlinearen Übertragungsglied 16 zur Drehwinkelbestimmung verbunden. In einem Bestimmungsschritt wird hier aus erstem und zweitem Kombinationssignal 24, 25 der Drehwinkel bestimmt. Bevorzugt wird der Drehwinkel im nichtlinearen Übertragungsglied 16 zur Drehwinkelbestimmung aus dem Arcustangens des Quotienten aus dem ersten Kombinationssignal 24 und dem zweiten Kombinationssignal 25 bestimmt. Hiermit werden ein Verfahren und eine Schaltung zur offseteliminierenden Drehwinkelbestimmung zur Verfügung gestellt.
Das nichtlineare Übertragungsglied 16 zur Drehwinkelbestimmung ist mittels einer Rückkopplungsschleife 23 mit dem ersten und mit dem zweiten Summations- und Multiplikationsglied 14, 15 verbunden. Die Rückkopplungsschleife 23 weist eine Schaltung 17 zur Winkelgeschwindigkeitsermittlung und ein nichtlineares Übertragungsglied 18 zur Bestimmung mindestens eines Gewichts auf. In einem Rückkopplungsschritt wird die Winkelgeschwindigkeit 30 des Rotors aus der zeitlichen Änderung des bestimmten Drehwinkels 26 ermittelt und mittels der Rückkopplungsschleife 23 zur Ermittlung der Gewichte im Gewichtungsschritt zur Verfügung gestellt.
Die Winkelgeschwindigkeit 30 wird als Quotient aus einer Drehwinkeländerung und einem Zeitintervall T_sample bestimmt. Die Drehwinkeländerung wird bevorzugt als Differenz zwischen im aktuellen und im vorhergehende Takt bestimmten Drehwinkel 26, 26' ermittelt. Das Zeitintervall ist bevorzugt das zwischen dem ersten und dem zweiten Takt durchschnittlich verstreichende Zeitintervall. Hierzu weist die Schaltung 17 zur Winkelgeschwindigkeitsermittlung ein Verzögerungsglied 19 zur diskreten Zeitableitung auf. Die Schaltung 17 zur Winkelgeschwindigkeitsermittlung weist ferner ein nichtlineares Übertragungsglied 20 zur Bildung eines Teilerrests auf. Insbesondere wird hier im Rückkopplungsschritt die Drehwinkeländerung als Teilerrest einer Division der diskreten Zeitableitung durch eine Periodizität des bestimmten Drehwinkels 26, insbesondere 360° oder 2π, ermittelt. Somit wird die Periodizität des zugrundeliegenden Signals berücksichtigt. Bevorzugt erfolgt die diskrete Zeitableitung unter Addition einer Konstanten A, die nach der Bildung des Teilerrest wieder subtrahiert wird. Die Bildung des Teilerrests erfolgt bevorzugt unter Eingabe einer Konstanten B, insbesondere der Periodizität des bestimmten Drehwinkels 26.
Die so bestimmte Winkelgeschwindigkeit 30 wird im nichtlinearen Übertragungsglied 18 zur Bestimmung mindestens eines Gewichts verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform werden im nichtlinearen Übertragungsglied 18 zur Bestimmung mindestens eines Gewichts die Gewichte des ersten Rohsignals 8 und des ersten gefilterten Signals so ermittelt, dass bei niedriger Winkelgeschwindigkeit 30 das erste Rohsignal 8 und bei hoher Winkelgeschwindigkeit 30 das erste gefilterte Signal im ersten Kombinationssignal 24 dominiert. Entsprechend werden im nichtlinearen Übertragungsglied 18 zur Bestimmung mindestens eines Gewichts die Gewichte des zweiten Rohsignals 9 und des zweiten gefilterten Signals so ermittelt, dass bei niedriger Winkelgeschwindigkeit 30 das zweite Rohsignal 9 und bei hoher Winkelgeschwindigkeit 30 das zweite gefilterte Signal im zweiten Kombinationssignal 25 dominiert. Bevorzugt stellt das nichtlineare Übertragungsglied 18 eine Gewichtungsfunktion, a(ω), zur Ermittlung der Gewichte bei zur Verfügung gestellter Winkelgeschwindigkeit 30 zur Verfügung. Bevorzugt ist die Gewichtungsfunktion a(ω) eine lineare oder sigmoide Funktion, deren x-Achsenverschiebung besonders bevorzugt so gewählt ist, dass bei Winkelgeschwindigkeiten 30 unterhalb einer Winkelgeschwindigkeit ω_filter, die der Grenzfrequenz des Hochpassfilterns entspricht, das Gewicht des ersten und zweiten gefilterten Signals gegen Null strebt.
Bevorzugt wird die Genauigkeit des bestimmten Drehwinkels 26 durch einen auf den Bestimmungsschritt folgenden Drehwinkel-Filterschritts erhöht. Im Drehwinkel-Filterschritt wird der bestimmte Drehwinkel gefiltert, insbesondere tiefpassgefiltert. Zur Ausführung des Filterschritts weist die Schaltung zur Drehwinkelbestimmung ein Filter 21 auf. Der durch das Filtern verursachte Phasenversatz des gefilterten Drehwinkels 27 wird bevorzugt in einem Kompensationsschritt kompensiert. Bevorzugt weist die Schaltung hierzu eine mit dem Filter 21 verbundene Schaltung 22 zur Kompensation des Phasenversatzes auf.
Die dargestellte Schaltung ermöglicht die Ausführung des dargestellten Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur offseteliminierenden Drehwinkelbestimmung unter Berücksichtigung der Periodizität des Drehwinkels. Die Genauigkeit der Drehwinkelbestimmung wird durch eine Kompensation des Phasenversatzes weiter erhöht. Somit werden ein Verfahren und eine Schaltung zur Verfügung gestellt, die eine genaue Drehwinkelbestimmung ohne hohen Rechenaufwand und ohne Einsatz großer Rechenressourcen ermöglicht.
4 zeigt schematisch ein Verfahren und eine Schaltung zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen eines Drehwinkelgebers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dargestellt ist das zur Ausführung des Drehwinkel-Filterschritts benötigte Filter 21. Das Filter 21 zur Filterung des bestimmten Drehwinkels 21 ist zwischen dem nichtlinearen Übertragungsglied 16 zur Drehwinkelbestimmung und zwischen der Schaltung 22 zur Kompensation eines Phasenversatzes des gefilterten Drehwinkels 27 angeordnet. Das Filter 21 ist bevorzugt ein Tiefpassfilter, besonders bevorzugt ein IIR-Filter erster Ordnung. Aufgrund der unendlichen Impulsantwort verwirklicht der IIR-Filter bereits bei erster Ordnung, d.h. mit vergleichsweise wenigen Elementen, eine definierte Kennlinie. Bevorzugt weist das Filter 21 ein dem Verzögerungsglied 19' nachgeordnetes nichtlineares Übertragungsglied 20' zur Bildung eines Teilerrests auf. Das Filter 21 ist somit geeignet, die Periodizität des bestimmten Drehwinkels 26 zu berücksichtigen, insbesondere zu erhalten.
5 zeigt schematisch ein Verfahren und eine Schaltung zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen eines Drehwinkelgebers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 5 eine Schaltung 22 zur Kompensation des Phasenversatzes des gefilterten Drehwinkels 27. Aufgrund des im Filterschritt ausgeführten Filterns kommt es zwischen bestimmtem und gefiltertem Drehwinkel 26, 27 zu einem Phasenversatz. Dieser wird mittels der Winkelgeschwindigkeit 30 abgeschätzt. Die Schaltung 22 zur Kompensation des Phasenversatzes weist ein Glied 28 zur Schätzung der Winkelgeschwindigkeit 30 auf. Das Glied 28 zur Schätzung der Winkelgeschwindigkeit 30 ist beispielsweise ein nichtlineares Übertragungsglied zur Bildung einer Zeitableitung des gefilterten Drehwinkels 27. Bevorzugt weist die Schaltung 22 zur Kompensation des Phasenversatzes ein dem Glied 28 zur Schätzung der Winkelgeschwindigkeit 30 nachgeordnetes Tiefpassfilter 29 auf. Hierdurch wird eine Glättung von durch Bildung der Zeitableitung verursachten Spitzen und Unstetigkeitsstellen bewirkt. Das Winkelgeschwindigkeitssignal 30 wird somit stabilisiert. Bevorzugt wird eine der Winkelgeschwindigkeit 30 proportionale Phase vom gefilterten Drehwinkel 27 subtrahiert. Besonders bevorzugt wird die Winkelgeschwindigkeit 30 hierzu mit einer Konstante C multipliziert.

Claims

Verfahren zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen (8, 9) eines Drehwinkelgebers (1), insbesondere eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs, wobei aus einem ersten und zweiten Rohsignal (8, 9) des Drehwinkelgebers (1) ein Drehwinkel des Rotors bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem Bereitstellungsschritt von dem Drehwinkelgeber (1) ein erstes und ein zweites Rohsignal (8, 9) bereitgestellt wird, - in einem Filterschritt durch Filtern der beiden Rohsignale (8, 9) ein erstes und zweites gefiltertes Signal erzeugt wird, - in einem Gewichtungsschritt Gewichte des ersten und zweiten Rohsignals (8, 9), sowie Gewichte des ersten und zweiten gefilterten Signals ermittelt werden, wobei die Ermittlung der Gewichte in Abhängigkeit von einer Winkelgeschwindigkeit (30, ω) des Rotors erfolgt, - in einem Superpositionsschritt das erste Rohsignal (8) mit dem ersten gefilterten Signal zu einem ersten Kombinationssignal (24) superpositioniert wird und das zweite Rohsignal (9) mit dem zweiten gefilterten Signal zu einem zweiten Kombinationssignal (25) superpositioniert wird, wobei jedes Rohsignal (8, 9) und jedes gefilterte Signal mit seinem im Gewichtungsschritt bestimmten Gewicht in die Superposition eingeht, - in einem Bestimmungsschritt der Drehwinkel (26) aus dem ersten und zweiten Kombinationssignal (24, 25) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Rückkopplungsschritt die Winkelgeschwindigkeit (30, ω) des Rotors aus der zeitlichen Veränderung des bestimmten Drehwinkels (26) ermittelt und mittels einer Rückkopplungsschleife (23) zur Ermittlung der Gewichte im Gewichtungsschritt zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rohsignal (8) ein sinusförmiges Signal und das zweite Rohsignal (9) ein cosinusförmiges Signal aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (26) im Bestimmungsschritt aus dem Arcustangens des Quotienten aus dem ersten Kombinationssignal (24) und dem zweiten Kombinationssignal (25) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Rückkopplungsschritt die Winkelgeschwindigkeit (30, ω) als Quotient aus einer Drehwinkeländerung und einem Zeitintervall T_sample bestimmt wird, wobei die Drehwinkeländerung als Teilerrest der Division der diskreten Zeitableitung des im Bestimmungsschritt bestimmten Drehwinkels (26) durch eine Periode des bestimmten Drehwinkels (26) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rohsignal (8) und das zweite Rohsignal (9) im Filterschritt hochpassgefiltert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichte der beiden Rohsignale (8, 9) und der beiden gefilterten Signale derart ermittelt werden, dass bei niedriger Winkelgeschwindigkeit (30, ω) das erste Rohsignal (8) im Kombinationssignal (24) und das zweite Rohsignal (9) im Kombinationssignal (25) dominiert und bei hoher Winkelgeschwindigkeit (30, ω) das erste gefilterte Signal im Kombinationssignal (24) und das zweite gefilterte Signal im Kombinationssignal (25) dominiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichte durch mindestens eine lineare oder sigmoide Gewichtungsfunktion a(ω) definiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Winkelgeschwindigkeiten (30, ω) unterhalb einer Winkelgeschwindigkeit ω_filter, die der Grenzfrequenz des Hochpassfilterns entspricht, das Gewicht des ersten und zweiten gefilterten Signals gegen Null strebt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bestimmungsschritt bestimmte Drehwinkel (26) in einem Drehwinkel-Filterschritt gefiltert, insbesondere tiefpassgefiltert, wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehwinkel-Filterschritt ein Teilerrest einer Division einer Änderung des im Bestimmungsschritt bestimmten Drehwinkels (26) durch eine Periode, insbesondere 2π oder 360°, gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Drehwinkel (26) in dem Drehwinkel-Filterschritt mit einem IIR-Filter erster Ordnung (21) gefiltert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kompensationsschritt ein durch den Drehwinkel-Filterschritt verursachter Phasenversatz des im Drehwinkel-Filterschritt gefilterten Drehwinkels (27) kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Kompensationsschritt eine Winkelgeschwindigkeit (30', ω') durch zeitliche Ableitung des gefilterten Drehwinkels (27) ermittelt und eine zur ermittelten Winkelgeschwindigkeit (30', ω') proportionale Phase bestimmt und von dem gefilterten Drehwinkel (27) subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Phase die im Kompensationsschritt ermittelte Winkelgeschwindigkeit (30', ω') tiefpassgefiltert wird.
Schaltung zur Ausführung eines Verfahrens zur Drehwinkelbestimmung aus Rohsignalen (8, 9) eines Drehwinkelgebers (1), insbesondere eines Antriebsinverters eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schaltung einen ersten und zweiten Signaleingang (10, 11) für ein erstes und zweites Rohsignal (8, 9) des Drehwinkelgebers (1) aufweist, - die Schaltung ein erstes Filter (12) zum Filtern des ersten Rohsignals (8) und ein zweites Filter (13) zum Filtern des zweiten Rohsignals (9) aufweist, - die Schaltung eine mit dem ersten Signaleingang (10) und dem Signalausgang des ersten Filters (12) verbundenes erstes Summations- und Multiplikationsglied (14) aufweist, welches einen Eingang zur Eingabe mindestens eines Multiplikators aufweist, das von einer Winkelgeschwindigkeit (30, ω) des Rotors abhängig ist, - die Schaltung eine mit dem zweiten Signaleingang (11) und dem Signalausgang des zweiten Filters (13) verbundenes zweites Summations- und Multiplikationsglied (15) aufweist, welches einen Eingang zur Eingabe mindestens eines Multiplikators aufweist, der von einer Winkelgeschwindigkeit (30, ω) des Rotors abhängig ist, - die Schaltung ein mit dem Signalausgang des ersten und zweiten Summations- und Multiplikationsglieds (14, 15) verbundenes nichtlineares Übertragungsglied (16) zur Drehwinkelbestimmung aufweist.
Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung eine Rückkopplungsschleife (23) aufweist, die das nichtlineare Übertragungsglied (16) zur Drehwinkelbestimmung mit dem ersten und zweiten Summations- und Multiplikationsglied (14, 15) verbindet und die Rückkopplungsschleife (23) eine Schaltung zur Winkelgeschwindigkeitsermittlung (17) aus dem bestimmten Drehwinkel (26) und ein nichtlineares Übertragungsglied (18) zur Bestimmung mindestens eines Gewichts aufweist.
Schaltung nach einer der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (17) zur Winkelgeschwindigkeitsermittlung ein Verzögerungsglied (19) zur diskreten Zeitableitung und ein nichtlineares Übertragungsglied (20) zur Bildung eines Teilerrests einer Division der diskreten Zeitableitung durch eine Periodizität des bestimmten Drehwinkels (26) aufweist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtlineare Übertragungsglied (16) zur Drehwinkelbestimmung mit einem Filter (21), insbesondere einem Tiefpassfilter, zur Filterung des bestimmten Drehwinkels (26) verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (21) ein nichtlineares Übertragungsglied (20') zur Bildung eines Teilerrests aufweist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (21) ein IIR-Filter erster Ordnung ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (21) zur Filterung des bestimmten Drehwinkels (26) mit einer Schaltung (22) zur Kompensation des Phasenversatzes verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (22) zur Kompensation des Phasenversatzes ein Glied (28) zur Schätzung der Winkelgeschwindigkeit (30') aufweist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (22) zur Kompensation des Phasenversatzes ein Tiefpassfilter (29) aufweist.
Messvorrichtung zur Messung eines Drehwinkels mit einem Drehwinkelgeber (1) zur Bereitstellung von Rohsignalen (8, 9) und einer Schaltung zur Ausführung eines Verfahrens zur Drehwinkelbestimmung aus den Rohsignalen (8, 9) des Drehwinkelgebers (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 24.