DE102020131211A1

DE102020131211A1 - Verfahren zum Bestimmen der Gesamtteilungsabweichung eines Lagegebers

Info

Publication number: DE102020131211A1
Application number: DE102020131211.3A
Authority: DE
Inventors: Susanne Blokland; Mathieu Hubert; Simon Hubert; Benedicte Thomas; Charlotte Vu; Salah-Eddine Douih
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2021-06-02
Also published as: IT201900022428A1; US20210164767A1; US11460291B2; CN112880725A

Abstract

Verfahren zum Bestimmen der Gesamtteilungsabweichung eines Lagegebers, der mit einer Magnetscheibe und einem Magnetdetektor ausgerüstet ist, wobei die Magnetscheibe Paare von Magnetpolen aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:- Erfassen, über eine mechanische Umdrehung, eines Winkelsignals der durch den Magnetdetektor gemessenen magnetischen Intensität als eine Funktion des Rotationswinkels der Magnetscheibe,- Bestimmen von Nulldurchgangspositionen basierend auf dem erfassten Winkelsignal und von der Anzahl von bestimmten Nulldurchgangspositionen,- Bestimmen der Polpaarlängen basierend auf den Nulldurchgangspositionen, und- Bestimmen der Gesamtteilungsabweichung basierend auf den Polpaarlängen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Kalibrieren von Sensoren und insbesondere von Winkellagegebern.
Ein absoluter Lagegeber liefert ein analoges sinusförmiges Signal, das sich auf die Rotorwinkelposition bezieht. Genauer gesagt weist ein solcher Sensor einen Rotor auf, der aus einem magnetischen Ring gebildet ist, der mit magnetischen Polen ausgerüstet ist, und einen Stator auf, der mit einem magnetischen Sensor ausgerüstet ist, der in der Lage ist, das Magnetfeld jedes magnetischen Pols zu detektieren.
Wenn eine Rotation auf den Rotor angewendet wird, gehen die magnetischen Pole nacheinander vor dem magnetischen Sensor vorbei. Ein Strom wird in dem magnetischen Sensor basierend auf seiner Distanz zu den magnetischen Polen induziert. Der Strom bildet ein periodisches Signal, sinusförmig, Funktion der Zeit, wobei die Intensität des Signals von der Distanz zwischen dem magnetischen Sensor und den magnetischen Polen abhängt. Die Zeitabhängigkeit kann in eine Winkelabhängigkeit basierend auf der bekannten Geometrie des Sensors und der Rotationsgeschwindigkeit umgewandelt werden. Es ist daher möglich, die Zeit mit der Winkelposition des Rotors zu verknüpfen und ein Sinussignal zu erhalten, das die Intensität mit der Winkelposition verknüpft.
Solche absoluten Lagegeber werden allgemein in der Motorsteuerung verwendet. In dem speziellen Fall von Riemenstartergeneratoren ist die Anforderung an die Sensorausgangssignalgenauigkeit aufgrund der Tatsache mehr und mehr wichtig, dass das Maschinenmoment genau mit der geringsten Menge an Rauschen gesteuert werden muss. Des Weiteren muss der Pegel des oszillierenden Stroms der Batterie unter einer festen Grenze bleiben, um ein Verschlechtern der Gesamtleistung des Fahrzeugs zu vermeiden.
Eine der Quellen der Sensorausgangsungenauigkeit ist der magnetische Ring selbst, da er kein perfektes Bild der Rotorposition gibt. Dies wird durch die Tatsache, dass das gelieferte Magnetfeldsignal keine perfekte Sinuswelle ist, und durch die Tatsache verursacht, dass jede individuelle Periode der Sinuswelle eine andere Länge haben kann.
Um diesen magnetischen Ring besser zu charakterisieren, kann der Gesamtteilungsabweichungsparameter, TPD genannt, verwendet werden. Er evaluiert den kumulativen Fehler über die Position des magnetischen Rings, indem die Einzelteilungsabweichung für jeden Ringpol gemessen wird.
Die Bestimmung der TPD für einen magnetischen Ring mit magnetischen Polen ist ähnlich zu der Bestimmung der TPD für Zahnräder oder mechanische Messgeber, wie an ABS-Anwendungen zu sehen ist.
Ein Intervall ist als der Winkelabstand zwischen zwei nächstgelegenen Polen derselben Polarität definiert. Ein allgemeines Verfahren zum Berechnen der TPD ist durch die folgenden Gleichungen beschrieben:

Ein Einzelteilungsabweichungsfehler SPD für ein Intervall i kann auf der Basis der Formel berechnet werden:

S P D (i) = \frac{P_{T h e o r e t i s c h} - P_{r e a l} (i)}{P_{T h e o r e t i s c h}} \times 100

PTheoretisch: Theoretische Periode des Winkelsignals für ein Intervall;
Preal(i): Aktuelle Periode für das Winkelsignal für das Intervall i.

Es ist zu beachten, dass die aktuelle Periode Preal(i) zwischen Polen desselben Vorzeichens zu bestimmen ist, d. h. zwischen Nordpolen oder zwischen Südpolen. In ähnlicher Weise ist die aktuelle Periode Preal(i) zwischen derselben Art von Signalflanken zu bestimmen, d.h. zwischen steigenden Flanken oder zwischen fallenden Flanken.
Der kumulative Teilungsabweichungsfehler TPD(i) für ein Intervall i kann auf der Basis der Formel berechnet werden: $T P D (i) = \sum_{n = 1}^{n = i} S P D (n)$
Der Gesamtteilungsabweichungsfehler TPD über eine mechanische Umdrehung kann auf der Basis der Formel berechnet werden: $T P D = max (\sum_{i - 1}^{i = N b p p} S P D (i)) - min (\sum_{i - 1}^{i = N b p p} S P D (i))$
wobei Nbpp: Anzahl von Intervallen in einer mechanischen Umdrehung.
Aus dem Stand der Technik ist das folgende TPD-Bestimmungsverfahren bekannt.
Ein Winkelsignal wird durch den Sensor über 1,3 mechanische Umdrehungen erzeugt, das über 324000 Punkte aufweist, von denen 81000 nativ gemessen werden, wobei die übrigen interpoliert werden.
Nulldurchgangsabtastwerte, die in dem Winkelsignal vorhanden sind, werden bestimmt. Ein Nulldurchgangsabtastwert ist gleich den nächstgelegenen Punkten des Winkelsignals, wobei jeder für sich ein Überschreiten eines durch den Sensor gemessenen Nullintensitätspegels durch das Winkelsignal ist. Der Nullintensitätspegel ist in der Richtung, in der der Sensor misst, d. h. die Normalenrichtung für einen Halleffektsensor.
Aus jedem Nulldurchgangsabtastwert wird eine Winkelposition des Nulldurchgangs bestimmt.
Das Verfahren weist dann eine Berechnung der Längen der Polpaare in Graden beginnend bei sowohl einer steigenden als auch einer fallenden Flanke auf.
Die Längen der Polpaare werden dann mit der theoretischen Pollänge, zur Bestimmung eines Teilungsfehlers, als ein Prozentsatz der theoretischen Pollänge verglichen.
Die Summe aller Teilungsfehler über eine mechanische Umdrehung wird bestimmt. Dann wird eine Erfassung des Spitze-zu-Spitze-Werts über Polpaare hinweg durchgeführt.
Es gibt ein Problem beim Bestimmen der TPD aus einem verrauschten Winkelsignal.
Eine Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen der Gesamtteilungsabweichung eines Lagegebers, der mit einer Magnetscheibe und einem Magnetdetektor ausgerüstet ist, wobei die Magnetscheibe Paare von Magnetpolen aufweist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Erfassen, über eine mechanische Umdrehung, eines Winkelsignals der durch den Magnetdetektor gemessenen magnetischen Intensität als eine Funktion des Rotationswinkels der Magnetscheibe,
- Bestimmen von Nulldurchgangspositionen basierend auf dem erfassten Winkelsignal und von der Anzahl von bestimmten Nulldurchgangspositionen,
- Bestimmen der Polpaarlängen basierend auf den Nulldurchgangspositionen, und
- Bestimmen der Gesamtteilungsabweichung basierend auf den Polpaarlängen.

Um Nulldurchgangspositionen basierend auf dem erfassten Winkelsignal zu bestimmen, können die folgenden Schritte durchgeführt werden:

- Bestimmen von Nulldurchgangsabtastwerten innerhalb des Winkelsignals und Bestimmen von Nulldurchgangspositionen aus den Nulldurchgangsabtastwerten,
- Erzeugen eines Nulldurchgangssignals, wobei seine Intensität bei einer Nulldurchgangswinkelposition gleich der Differenz zwischen dem Maximum des Nulldurchgangsabtastwerts und dem Minimum des Nulldurchgangsabtastwerts, jeweils außer der Nulldurchgangswinkelposition, ist, wobei das Nulldurchgangssignal woanders gleich null ist,
- Bestimmen der Anzahl von Nulldurchgangspositionen in zumindest einem vordefinierten Bereich von Winkelpositionen durch Durchschnittsberechnung des Werts des Nulldurchgangssignals über zumindest einen vordefinierten Bereich,
- Filtern des Winkelsignals innerhalb der vordefinierten Bereiche der Winkelpositionen, die eine Anzahl von Nulldurchgangspositionen aufweisen, die größer als ein Schwellwert ist, um ihre Anzahl zu reduzieren,
- Anwenden einer linearen Interpolation auf jeden Nulldurchgangsabtastwert,
- Bestimmen einer aktuellen Nulldurchgangsposition basierend auf allen Nulldurchgangspositionen innerhalb eines Intervalls, um zu vermeiden, dass Ausreißer das Ergebnis ablenken, wobei ein Intervall als der Winkelabstand zwischen zwei nächstgelegenen Polen derselben Polarität definiert ist.

Die neu berechnete Nulldurchgangsposition kann mit einem Verfahren bestimmt werden, das aus einem Median, einem Mittelwert, einer gewichteten Summe, einem Nulldurchgang einer linearen Polynomanpassung unter Verwendung gemessener Prozentsatzabtastwerte um Null, einem Mittel von gemessenen min/max Nulldurchgangspositionen gewählt ist.
Der Schritt des Filterns des Winkelsignals, um die Anzahl von Nulldurchgangspositionen zu reduzieren, kann auch angewendet werden, wenn ein Überlappen von Nulldurchgangsabtastwerten nicht detektiert wird.
Eine Standardabweichung an der neu berechneten Nulldurchgangsposition kann bestimmt werden, und wenn die Standardabweichung größer als ein vorbestimmter Wert ist, kann eine Warnung an den Benutzer ausgegeben werden.
Unterschiedliche Verfahren können auf unterschiedliche Intervalle angewendet werden.
Um die Polpaarlängen basierend auf Nulldurchgangspositionen zu bestimmen, können die folgenden Schritte durchgeführt werden:

- Durchführen einer Vorbehandlung des Winkelsignals, das die neu berechneten Nulldurchgangspositionen aufweist, abhängig von der Intensität und der Veränderungsrate des Winkelsignals beim Beginn einer Erfassung hinsichtlich der ersten Nulldurchgangsposition,
- Bestimmen der Länge in Graden jedes Pols als die Differenz zwischen der Winkelposition, die mit einer steigenden Flanke assoziiert ist, und der Winkelposition, die mit einer fallenden Flanke des Winkelsignals assoziiert ist, und den Nulldurchgangspositionen, die mit der steigenden Flanke und der fallenden Flanke assoziiert sind,
- Bestimmen der Polpaarlängen als die Summe der Längen der benachbarten positiven und negativen Pole innerhalb eines Polpaars.

Um eine Vorbehandlung des Winkelsignals durchzuführen, können die folgenden Schritte durchgeführt werden:

- Bestimmen, ob das Winkelsignal bei einer Nulldurchgangsposition mit einer ansteigenden Intensität beginnt, wenn dies der Fall ist, wird keine Behandlung durchgeführt, wenn das Winkelsignal nicht bei einer Nulldurchgangsposition mit einer ansteigenden Intensität beginnt,
- Bestimmen der ersten Nulldurchgangsposition mit einer ansteigenden Intensität, und
- Bewegen des Teils des Winkelsignals vom Beginn des Signals zu der ersten Nulldurchgangsposition mit einer ansteigenden Intensität an dem Ende des Winkelsignals.

Um die Gesamtteilungsabweichung basierend auf den Polpaarlängen zu bestimmen, können die folgenden Schritte durchgeführt werden:

- Berechnen des Teilungsfehlers als die Differenz zwischen der bestimmten Polpaarlänge und der theoretischen Polpaarlänge als ein Prozentsatz der theoretischen Polpaarlänge, wobei die theoretische Polpaarlänge aus der Struktur der Sensormagnetscheibe bestimmt wird,
- Bestimmen einer Kumulation von Polpaarlängenfehlern für jede Polpaarlänge über eine mechanische Umdrehung, und
- Bestimmen von Minimal- und Maximalwerten der kumulativen Polpaarlängenfehler, dann Bestimmen der Gesamtteilungsabweichung der Magnetscheibe durch Subtrahieren des Minimalwerts der kumulativen Polpaarlängenfehler aus dem Maximalwert der kumulativen Polpaarlängenfehler.

Eine Interpolation kann verwendet werden, um die Anzahl von erfassten Punkten zu erhöhen.
Das Bestimmungsverfahren stellt die folgenden Vorteile dar.
Das Bestimmungsverfahren benötigt keinen Messgeber mit einer hohen Anzahl von nativen Punkten oder einer Interpolationsstufe, die einen zusätzlichen Fehler induziert. Die lineare Interpolation, die in dem Algorithmus durchgeführt wird, um Nulldurchgangspositionen zu finden, kann stattdessen verwendet werden, was Kosten und Volumen reduziert.
Das Bestimmungsverfahren ist robust gegenüber verrauschten Winkelsignalen.
Die Berechnungen werden auf einer vollen mechanischen Umdrehung durchgeführt, die der aktuellen Winkellänge des Magnetrings entspricht.
Das Verwenden von steigenden oder fallenden Flanken, um einen TPD-Wert zu berechnen, kann unterschiedliche Angaben über eine Magnetisierungsjochgestaltung geben (Nulldurchgangsgenauigkeit, Spulenanordnung, magnetische Exzentrizität, ...).
Die vorliegende Erfindung wird besser aus einem Studium der detaillierten Beschreibung einer Anzahl von Ausführungsformen verstanden werden, die als vollständig nicht beschränkende Beispiele betrachtet und durch die angehängte Zeichnung dargestellt sind, in denen:

1 die Hauptschritte eines Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt,
2 sowohl ein theoretisches Winkelsignal als auch das korrespondierende Nulldurchgangssignal zeigt,
3 ein erstes Winkelsignal zeigt,
4 ein zweites Winkelsignal und die angewendete Vorbehandlung zeigt, und
5 ein drittes Winkelsignal und die angewendete Vorbehandlung zeigt.

Das Verfahren zum Bestimmen der TPD eines Lagegebers, das durch 1 dargestellt ist, weist die folgenden Schritte auf:

Während eines ersten Schrittes 1 wird das Winkelsignal von dem Lagergeber über eine mechanische Umdrehung erfasst, um eine Anzahl von Abtastpunkte, insbesondere zumindest 18000 Abtastpunkte, zu erzeugen. In einer speziellen Ausführungsform kann eine Interpolation verwendet werden, um die Anzahl an Punkten zu erhöhen. Das Winkelsignal ist ein periodisches Signal, dessen Intensität als eine Funktion des kumulierten Rotationswinkels seit dem Beginn der Erfassung variiert. Es ist zu beachten, dass das Winkelsignal aus der Erfassung der magnetischen Intensität, die durch den magnetischen Sensor aufgrund des Vorbeigehens der Magnetscheibenpolpaare detektiert wird, resultiert.

Der kumulierte Rotationswinkel wird dank einer Kodiervorrichtung bestimmt, die eine Kodierscheibe und einen Aufnehmer aufweist. Die Kodierscheibe weist mehrere Kodierer auf, die genau in festen Winkeln beabstandet sind. Jedes Mal, wenn ein Kodierer durch den Aufnehmer detektiert wird, wird das Magnetfeld erfasst.
Eine Erfassung der magnetischen Intensität bei einem festen Winkel wird durch diese Anordnung unabhängig von irgendeinem Erhöhen oder Verringern der Rotationsgeschwindigkeit garantiert. Eine solche Erfassung kann nicht mit einer taktbasierten Anordnung erreicht werden, bei der eine Magnetfelderfassung durchgeführt wird, nachdem eine voreingestellte Dauer abgelaufen ist. Jedes Erhöhen oder Verringern der Rotationsgeschwindigkeit ergibt eine Veränderung in der Winkelposition der Erfassung.
Während eines zweiten Schrittes 2 werden Nulldurchgangspositionen basierend auf dem erfassten Winkelsignal bestimmt. Schritte 2a bis 2d erlauben eine solche Bestimmung.
In einem Schritt 2a werden Nulldurchgangsabtastwerte innerhalb des Winkelsignals bestimmt und Nulldurchgangspositionen werden aus den Nulldurchgangsabtastwerten bestimmt. Ein Nulldurchgangssignal wird dann erzeugt, wobei seine Intensität bei einer Nulldurchgangswinkelposition gleich der Differenz zwischen dem Maximum des Nulldurchgangsabtastwerts und dem Minimum des Nulldurchgangsabtastwerts, jeweils außer der Nulldurchgangswinkelposition, ist. Das Nulldurchgangssignal ist woanders gleich null. 2 stellt sowohl ein theoretisches Winkelsignal als auch das korrespondierende Nulldurchgangssignal dar.
Es wird daran erinnert, dass eine Nulldurchgangsposition der Winkelposition entspricht, bei der das Winkelsignal einen Basispegel mit einer Nullintensität überschreitet. In manchen Ausführungsformen kann der Basispegel einen Offset darstellen, der entfernt wird, bevor die Berechnung startet.
Aufgrund des Vorhandenseins von Rauschen auf dem Winkelsignal kann sich eine Nulldurchgangsposition innerhalb des Winkelsignals von der physikalischen Position der Magnetscheibe bezüglich des Sensors unterscheiden, die theoretisch einer Nulldurchgangsposition entspricht. Genauer gesagt können unter solchen Bedingungen mehrere Nulldurchgangspositionen innerhalb eines Intervalls auftreten.
In einem Schritt 2b wird die Anzahl von Nulldurchgangspositionen innerhalb zumindest eines vordefinierten Bereichs von Winkelpositionen durch Durchschnittsberechnung des Werts des Nulldurchgangssignals innerhalb des zumindest einen vordefinierten Bereichs bestimmt. Die Anzahl von Nulldurchgangspositionen innerhalb jedes vordefinierten Bereichs von Winkelpositionen wird mit einem vordefinierten Schwellwert verglichen. Ein Bereich wird als eine große Konzentration von Nulldurchgangspositionen umfassend angesehen, wenn die Anzahl von Nulldurchgangspositionen, die er enthält, größer als der Schwellwert ist.
Eine Filterung wird dann auf das Winkelsignal innerhalb der Winkelpositionsbereiche, die eine große Konzentration von Nulldurchgangspositionen enthalten, angewendet, um ihre Anzahl zu reduzieren.
Diese Bereiche werden auch auf ein Überlappen von Nulldurchgangsabtastwerten überprüft, um zu bestimmen, ob der Schritt des Filterns des Winkelsignals anzuwenden ist. Überlappen tritt auf, wenn ein Teil eines Nulldurchgangsabtastwert mit einem Teil eines anderen Nulldurchgangsabtastwert zusammenfällt. Ein solches Überlappen bedeutet, dass das Winkelsignal zu verrauscht ist oder nicht genügend Abtastwerte pro Intervall enthält.
Wenn ein Überlappen von Nulldurchgangsabtastwerten detektiert wird, wird eine Fehlermeldung zurückgegeben und die Berechnung wird gestoppt.
In einem Schritt 2c wird eine lineare Interpolation auf jeden Nulldurchgangsabtastwert angewendet. Wenn es Rauschen auf dem Winkelsignal gibt, kann es mehrere Lösungen pro Intervall geben.
Wenn bestimmt wird, dass mehrere Nulldurchgangspositionen in einem Intervall bestimmt wurden, wird in einem Schritt 2d eine aktuelle Nulldurchgangsposition basierend auf allen Nulldurchgangspositionen des Intervalls neu berechnet. In einer Ausführungsform wird die neu berechnete Nulldurchgangsposition bestimmt, um zu vermeiden, dass Ausreißer das Ergebnis ablenken.
Genauer gesagt wird die neu berechnete Nulldurchgangsposition mit einem Verfahren bestimmt, das aus einem Median, einem Mittelwert, einer gewichteten Summe, einem Nulldurchgang einer linearen Polynomanpassung unter Verwendung gemessener %-Abtastwerte um Null, einem Mittel von gemessenen min/max Nulldurchgangspositionen gewählt ist. Diese Verfahren werden berechnet, dann wird eine Standardabweichung über die Ergebnisse aller Verfahren bestimmt. Wenn die Standardabweichung zu hoch ist, wird eine Warnung an den Benutzer ausgegeben.
Unterschiedliche Verfahren können auf unterschiedliche Intervalle angewendet werden.
In einem dritten Schritt 3 werden die Polpaarlängen bestimmt. Die Schritte, die von Schritt 3a bis Schritt 3c reichen, ermöglichen eine solche Bestimmung.
In einem Schritt 3a wird eine Vorbehandlung des Winkelsignals, das die neu berechneten Nulldurchgangspositionen enthält, abhängig von der Intensität und von der Veränderungsrate des Winkelsignals beim Beginn einer Erfassung hinsichtlich der ersten Nulldurchgangsposition durchgeführt. Die unterschiedlichen Fälle einer Winkelsignalvorbehandlung werden weiter unten beschrieben.
In einem Schritt 3b wird die Länge in Graden jedes Pols als die Differenz zwischen der Winkelposition, die mit einer steigenden Flanke assoziiert ist, und der Winkelposition, die mit einer fallenden Flanke des Winkelsignals assoziiert ist, und den Nulldurchgangspositionen, die mit der steigenden Flanke und der fallenden Flanke assoziiert sind, bestimmt.
In einem Schritt 3c werden die Polpaarlängen dann als die Summe der Längen von benachbarten positiven und negativen Polen innerhalb eines Polpaares bestimmt.
In einem vierten Schritt 4 wird die TPD basierend auf den Polpaarlängen bestimmt. Die Schritte, die von Schritt 4a bis Schritt 4c reichen, ermöglichen eine solche Bestimmung.
In einem Schritt 4a wird der Teilungsfehler als die Differenz zwischen der bestimmten Polpaarlänge und der theoretischen Polpaarlänge als ein Prozentsatz der theoretischen Polpaarlänge bestimmt. Die theoretische Polpaarlänge wird aus der Struktur der Sensormagnetscheibe bestimmt.
Bei einem Schritt 4b wird eine Kumulation von Polpaarlängenfehlern für jede Polpaarlänge über eine mechanische Umdrehung durch Anwenden der Gleichung [Math 2] bestimmt. Ein Vektor von TPD(i)-Werten wird dann erhalten.
Bei einem Schritt 4c werden Minimal- und Maximalwerte von kumulativen Polpaarlängenfehlern bestimmt, dann wird die TPD der Magnetscheibe aus den Minimal- und Maximalwerten der kumulativen Polpaarlängenfehler durch Anwenden der Gleichung [Math 3] bestimmt. Ein einzelner Wert der TPD wird erhalten.
Die unterschiedlichen Fälle der Signalvorbehandlung, die bei Schritt 3a durchgeführt werden, werden nun beschrieben. Sie werden unten unter Fokussierung auf die Berechnung unter Verwendung der steigenden Flanke beschrieben. Dasselbe Prinzip gilt, wenn die fallende Flanke verwendet wird.
Ein erstes Signal, das durch 3 dargestellt ist, resultiert aus einer Erfassung startend bei dem Beginn einer Periode mit einer Nulldurchgangsposition Z1 und einer positiven Veränderungsrate. In anderen Worten beginnt die Erfassung mit einem Polpaar vor dem Magnetsensor innerhalb des Lagersensors.
Die Berechnung der Polpaarlängen wird dann wie folgt durchgeführt: ${\begin{matrix} P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 3 - N u l l d u r c h g a n g Z 1 \\ P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 5 - N u l l d u r c h g a n g Z 3 \\ P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 7 - N u l l d u r c h g a n g Z 5 \\ P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 9 - N u l l d u r c h g a n g Z 7 \end{matrix}$
Es ist selten, ein solches Signal in praktischen Messungen zu erhalten.
Ein zweites Signal, das durch 4 dargestellt ist, resultiert aus einer Erfassung, die beginnt, wenn sich das Magnetfeld vor einer Nulldurchgangsposition vergrößert.
In diesem Fall wird der Teil des Signals, der den letzten Nulldurchgang Z9 enthält, erhalten, indem der Teil X° des Winkelsignals vor dem ersten Nulldurchgang an dem Ende der Erfassung bewegt wird. Diese Bewegung hat den Effekt des Verschiebens des über eine mechanische Umdrehung erfassten Winkelsignals, um den Beginn des Winkelsignals mit einer Nulldurchgangsposition und einer positiven Veränderungsrate auszurichten. In anderen Worten ist das resultierende Winkelsignal ähnlich zu dem ersten oben beschriebenen Signal.
Die Berechnung der Polpaarlängen wird dann wie folgt durchgeführt: ${\begin{matrix} P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 3 - N u l l d u r c h g a n g Z 1 \\ P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 5 - N u l l d u r c h g a n g Z 3 \\ P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 7 - N u l l d u r c h g a n g Z 5 \\ P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 9 - N u l l d u r c h g a n g Z 7 \end{matrix}$
Ein drittes Signal, das durch 5 dargestellt ist, resultiert aus einer Erfassung, die beginnt, wenn sich das Magnetfeld verringert.
In diesem Fall wird der Teil Xl° des Signals, der die zwei letzten Nulldurchgangspositionen (Z9, Z10) enthält, erhalten, indem der Teil des Signals, der die zwei ersten Nulldurchgangspositionen (Z1, Z2) enthält, an das Ende der Erfassung bewegt wird. Ähnlich zu dem zweiten Signal hat diese Bewegung den Effekt des Verschiebens des über eine mechanische Umdrehung erfassten Winkelsignals, um den Beginn des Winkelsignals mit einer Nulldurchgangsposition und einer positiven Veränderungsrate auszurichten. In anderen Worten ist das resultierende Winkelsignal ähnlich zu dem ersten oben beschriebenen Signal.
Die Berechnung der Polpaarlängen wird dann wie folgt durchgeführt: ${\begin{matrix} P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 4 - N u l l d u r c h g a n g Z 2 \\ P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 6 - N u l l d u r c h g a n g Z 4 \\ P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 8 - N u l l d u r c h g a n g Z 6 \\ P o l p a a r l n g e = N u l l d u r c h g a n g Z 10 - N u l l d u r c h g a n g Z 8 \end{matrix}$
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht die Bestimmung eines TPD-Werts sogar mit einem verrauschten Signal. Des Weiteren ist der erhaltene TPD-Wert repräsentativ für die aktuelle Teilung zwischen dem Winkelsignal und der Platzierung der Polpaare.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Gesamtteilungsabweichung eines Lagegebers, der mit einer Magnetscheibe und einem Magnetdetektor ausgerüstet ist, wobei die Magnetscheibe Paare von Magnetpolen aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Erfassen, über eine mechanische Umdrehung, eines Winkelsignals der durch den Magnetdetektor gemessenen magnetischen Intensität als eine Funktion des Rotationswinkels der Magnetscheibe, - Bestimmen von Nulldurchgangspositionen basierend auf dem erfassten Winkelsignal und von der Anzahl von bestimmten Nulldurchgangspositionen, - Bestimmen der Polpaarlängen basierend auf den Nulldurchgangspositionen, und - Bestimmen der Gesamtteilungsabweichung basierend auf den Polpaarlängen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei, um Nulldurchgangspositionen basierend auf dem erfassten Winkelsignal zu bestimmen, die folgenden Schritte durchgeführt werden: - Bestimmen von Nulldurchgangsabtastwerten innerhalb des Winkelsignals und Bestimmen von Nulldurchgangspositionen aus den Nulldurchgangsabtastwerten, - Erzeugen eines Nulldurchgangssignals, wobei seine Intensität bei einer Nulldurchgangswinkelposition gleich der Differenz zwischen dem Maximum des Nulldurchgangsabtastwerts und dem Minimum des Nulldurchgangsabtastwerts, jeweils außer der Nulldurchgangswinkelposition, ist, wobei das Nulldurchgangssignal woanders gleich null ist, - Bestimmen der Anzahl von Nulldurchgangspositionen in zumindest einem vordefinierten Bereich von Winkelpositionen durch Durchschnittsberechnung des Werts des Nulldurchgangssignals über zumindest einen vordefinierten Bereich, - Filtern des Winkelsignals innerhalb der vordefinierten Bereiche der Winkelpositionen, die eine Anzahl von Nulldurchgangspositionen aufweisen, die größer als ein Schwellwert ist, um ihre Anzahl zu reduzieren, - Anwenden einer linearen Interpolation auf jeden Nulldurchgangsabtastwert, - Bestimmen einer aktuellen Nulldurchgangsposition basierend auf allen Nulldurchgangspositionen innerhalb eines Intervalls, um zu vermeiden, dass Ausreißer das Ergebnis ablenken, wobei ein Intervall als der Winkelabstand zwischen zwei nächstgelegenen Polen derselben Polarität definiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die neu berechnete Nulldurchgangsposition mit einem Verfahren bestimmt wird, das aus einem Median, einem Mittelwert, einer gewichteten Summe, einem Nulldurchgang einer linearen Polynomanpassung unter Verwendung gemessener Prozentsatzabtastwerte um Null, einem Mittel von gemessenen min/max Nulldurchgangspositionen gewählt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Schritt des Filterns des Winkelsignals, um die Anzahl von Nulldurchgangspositionen zu reduzieren, auch angewendet wird, wenn ein Überlappen von Nulldurchgangsabtastwerten nicht detektiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Standardabweichung an der neu berechneten Nulldurchgangsposition bestimmt wird, und wenn die Standardabweichung größer als ein vorbestimmter Wert ist, eine Warnung an den Benutzer ausgegeben wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei unterschiedliche Verfahren auf unterschiedliche Intervalle angewendet werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, um die Polpaarlängen basierend auf Nulldurchgangspositionen zu bestimmen, die folgenden Schritte durchgeführt werden: - Durchführen einer Vorbehandlung des Winkelsignals, das die neu berechneten Nulldurchgangspositionen aufweist, abhängig von der Intensität und der Veränderungsrate des Winkelsignals beim Beginn einer Erfassung hinsichtlich der ersten Nulldurchgangsposition, - Bestimmen der Länge in Graden jedes Pols als die Differenz zwischen der Winkelposition, die mit einer steigenden Flanke assoziiert ist, und der Winkelposition, die mit einer fallenden Flanke des Winkelsignals assoziiert ist, und den Nulldurchgangspositionen, die mit der steigenden Flanke und der fallenden Flanke assoziiert sind, - Bestimmen der Polpaarlängen als die Summe der Längen der benachbarten positiven und negativen Pole innerhalb eines Polpaars.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei, um eine Vorbehandlung des Winkelsignals durchzuführen, die folgenden Schritte durchgeführt werden: - Bestimmen, ob das Winkelsignal bei einer Nulldurchgangsposition mit einer ansteigenden Intensität beginnt, wenn dies der Fall ist, wird keine Behandlung durchgeführt, wenn das Winkelsignal nicht bei einer Nulldurchgangsposition mit einer ansteigenden Intensität beginnt, - Bestimmen der ersten Nulldurchgangsposition mit einer ansteigenden Intensität, und - Bewegen des Teils des Winkelsignals vom Beginn des Signals zu der ersten Nulldurchgangsposition mit einer ansteigenden Intensität an dem Ende des Winkelsignals.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, um die Gesamtteilungsabweichung basierend auf den Polpaarlängen zu bestimmen, die folgenden Schritte durchgeführt werden: - Berechnen des Teilungsfehlers als die Differenz zwischen der bestimmten Polpaarlänge und der theoretischen Polpaarlänge als ein Prozentsatz der theoretischen Polpaarlänge, wobei die theoretische Polpaarlänge aus der Struktur der Sensormagnetscheibe bestimmt wird, - Bestimmen einer Kumulation von Polpaarlängenfehlern für jede Polpaarlänge über eine mechanische Umdrehung, und - Bestimmen von Minimal- und Maximalwerten der kumulativen Polpaarlängenfehler, dann Bestimmen der Gesamtteilungsabweichung der Magnetscheibe durch Subtrahieren des Minimalwerts der kumulativen Polpaarlängenfehler aus dem Maximalwert der kumulativen Polpaarlängenfehler.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Interpolation verwendet wird, um die Anzahl von erfassten Punkten zu erhöhen.