WO2011069904A2

WO2011069904A2 - Verfahren und vorrichtungen zur störfeldkompensation von sensorsignalen in einer elektrischen hilfskraftlenkung

Info

Publication number: WO2011069904A2
Application number: PCT/EP2010/068826
Authority: WO
Inventors: Rainer Wöger; Rainer Biegert
Original assignee: Zf Lenksysteme Gmbh
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2011-06-16
Also published as: WO2011069904A3; DE102009047633A1; DE102009047633B4

Abstract

Vorgeschlagen werden ein Verfahren und danach arbeitende Vorrichtungen, insbesondere eine Schaltung (ESK), die ein Kompensationssignal (KS) durch eine faktorisierte Addition zweier sinusförmiger Signale (sin1, sin2) erzeugt. Dabei wird ausgenutzt, dass bei einer elektrischen Hilfskraftlenkung bereits sinusförmige Antriebsströme (Iu, Iv, Iw) zur Verfügung stehen und dass die Addition phasenverschobener Sinussignale mit derselben Frequenz, wieder ein Sinussignal mit dieser Frequenz ergibt. Die Signale (sin1, sin2) werden vor der Addition mit Faktoren (F1, F2) multipliziert, wodurch die Phasenlage des resultierenden Sinussignals bzw. Summensignals am Ausgang des Addierers (A1) verschoben werden. Diese Summensignal wird dann mit einem Faktor (F3) multipliziert, der sowohl der Amplitudennormierung wie auch Anpassung an das Störfeld entspricht, um schließlich ein sinusförmiges Kompensationssignal (KS) mit vorgebbarer Phasenlage und mit normierter sowie auf das Störfeld hin optimierter Amplitude zu erhalten. Das Kompensationssignal (KS) wird dann von dem gestörten Sensorsignal (HS) subtrahiert.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zur Störfeldkompensation von Sensorsignalen in einer elektrischen Hilfskraftlenkung

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Störfeld kompensation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine nach dem Verfahren arbeitende elektronische Schaltung, die mit einer Sensoranordnung zur Ermittlung eines absoluten Lenkwinkels und/oder Drehmoments verbindbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät und eine elektrische Hilfskraftlenkung, die mit einer solchen Schaltung ausgestattet sind.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die von Sensoranordnungen erzeugte Sensorsignale auswerten, um den Lenkwinkels und/oder das ein Drehmoment im Lenkstrang einer Hilfskraftlenkung zu ermitteln.

Die DE 1 0 2007 01 1 675 A1 besch reibt eine Sensoranord nu ng in einem Lenkstrang einer Hilfskraftlenkung, wobei zwei um 90 Grad zueinander versetze Hall -Sensoren Sensorsignale zur Ermittlung des Lenkwinkels erzeugen. Dazu sind die Hall-Sensoren einem gemeinsamen und bezüglich einer Drehachse radial oder stirnseitig angeordneten magnetischem Feldgeberring zugeordnet, der ein aus magnetischem Nordpol und Südpol bestehendes Polpaar aufweist. Dabei ist jeder Pol mit einer halben sinusförmigen Magnetisierung entsprechend einer Wellenlänge versehen, wobei der Feldgeberring aus einem magnetisierbaren Material besteht, dessen Magnetisierung künstlich eingebracht ist.

In der DE 1 98 18 799 C2 wird eine Sensoranordnung beschrieben, die einen Drehwinkelsensor mit zwei magnetischen Ringen und d rei zugeord neten Sensorelementen aufweist. Zur Bestimmung eines eindeutigen Winkels innerhalb eines Vollkreises von 360 Grad wird eine Kombination aus Hall- und MR-Sensoren verwendet, wobei die Signale der Hall-Sensoren zur Bereichs-Unterscheidung verwendet werden.

Die bekannten Sensoranordnungen liefern zwar eindeutige Sensorsignale, die für die Ermittlung des Lenkwinkels und/oder des Drehmomentes ausgewertet werden, jedoch hat sich gezeigt, dass die Sensorsignale von verschiedenen Störeinflüssen beeinträchtigt werden. Hierdurch können die gemessenen Sensorsignale stark verfälscht werden. Werden beispielsweise solche Sensoranordnungen bei einem mehrphasigen Elektrolenksystem eingesetzt, so können auch Störeinsstrahlungen von einzelnen Phasenströmen auf d ie Sensorik auftreten . Eine wirksame

Störfeldkompensation wäre hier sehr wünschenswert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie danach arbeitende Vorrichtung zur Störfeld kompensation vorzuschlagen. Insbesondere soll eine elektronische Schaltung zu r Störfeld kompensation an oder in einer Sensoranord n ung vorgeschlagen werden, um eine störfeldkompensierte Ermittlung von Lenkwinkeln und/oder Drehmomenten in einer solchen Hilfskraftlenkung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst.

Demnach wird vorgeschlagen, das von der Sensoranordnung erzeugte mindestens eine Sensorsignal mit einem Kompensationssignal zu beaufschlagen, welches mittels einer Addition zweier frequenzgleicher sinusförmiger Signale erzeugt wird, wobei diese Signale von Antriebsströmen eines Elektromotors abgeleitet werden, der in der elektrischen Hilfskraftlenkung montiert ist. Vorzugsweise werden zwei sinusförmige Antriebsströme eines mehrphasigen Induktionsmotors herangezogen. Die Auswahl der zwei Antriebsströme erfolgt in Abhängigkeit davon, welche unterschiedlichen Phasenlagen die sinusförmigen Signale (Eingangssignale) aufweisen sollen, um bei dem damit erzeugten

Kompensationssignal (Ausgangssignal) die gewünschte Phasenlage zu erzielen. Die Zuordnung ist vorzugsweise in einer Nachschlagetabelle gespeichert. Die Erfindung nutzt somit die ohnehin vorhandenen Antriebsströme des Elektromotors, um daraus zwei sinusförmige, frequenzgleiche, aber phasenverschiedene Eingangssignale abzuleiten, aus denen dann mittels Addition ein Kompensationssignal gewünschter Amplitude und Phasenlage erzeugt wird. Da die beiden Eingangssignale (zwei einzelne Sinussignale) aus Antriebsströmen abgeleitet werden, die zueinander um eine feste Phase verschoben sind, z.B. um 30 Grad, ist es von Vorteil, wenn die zwei Sinussignale faktorisiert addiert werden, um somit ein Summensignal mit einer für die Kompensation gewünschten Phasenlage zu bilden. Durch eine weitere Faktorisierung wird die Amplitude des Summensignales auf einen gewünschten Betrag normiert. Dieses faktorisierte

Summensignal bildet das Kompensationssignal, mit welchem das gestörte Sensorsignal beaufschlagt wird, Dies geschieht vorzugsweise, indem das Kompensationssignal von dem Sensorsignal subtrahiert wird, um schließlich ein kompensiertes Sensorsignal zu erhalten.

Durch den Zugriff auf die Antriebsströme und die Addition von daraus abgeleiteten Sinussignale, insbesondere durch eine faktorisierte bzw. gewichtete Addition, kann sehr effektiv und sehr geringem Rechenaufwand ein Kompensationssignal mit vorgebbarer Phasenlage und Amplitude gebildet werden.

Vorgeschlagen werden auch eine nach dem Verfahren arbeitende elektronische Schaltung zum Anschluss an eine Sensoranordnung (Sensorik), sowie ein damit ausgestattetes Steuergerät für eine elektrische Hilfskraftlenkung. Außerdem wird eine damit ausgestattete elektrische Hilfskraftlenkung vorgeschlagen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche folgende schematischen Darstellungen wiedergeben: Fig. 1 zeigt den Aufbau einer elektrischen Hilfskraftlenkung, in die eine erfindungsgemäße Schaltung eingebaut ist;

Fig. 2 zeigt den Aufbau der Schaltung, die mit einer Sensorik verbunden ist und an deren Sensorsignal eine Störfeld kompensation vornimmt;

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren, das die Schaltung zur Störfeldkompensation ausführt;

Fig. 4 bezieht sich auf einen Schritt des Verfahrens und veranschaulicht eine Addition bzw. Überlagerung von zwei frequenzgleichen Sinussignalen zu einem sinusförmigen Summensignal;

Fig. 5 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und

veranschaulicht die Abhängigkeit der Phasenlage des Summensignals von einer Faktorisierung bzw. Gewichtung der Sinussignale;

Fig. 6 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und

veranschaulicht die Abhängigkeit der Amplitude des Summensignals von einer Faktorisierung bzw. Gewichtung der Sinussignale;

Fig. 7 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und

veranschaulicht die Normierung des Summensignals auf eine bestimmte Amplitude;

Fig. 8 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und

veranschaulicht die Auswahl der zur Störfeldkompensation verwendeten Sinussignale bei einem dreiphasigen System (Drehstrommotor).

I n d er F ig . 1 i st d e r Aufba u e i n er erfi n d u n g sg e m ä ßes e l e ktri sch e n Hilfskraftlenkung 1 (kurz auch : Elektrolenkung genannt) für ein Fahrzeug zu sehen, bei dem in einem Lenkgehäuse eine axial verschiebbar angeordneten Zahnstange 2 angeordnet ist. In diese Zahnstange 2 greift ein Ritzel 3 kämmend ein, welches mit einer Lenkspindel bzw. Lenksäule 4 wirkverbunden ist, über die die vom Fahrer aufgebrachte Lenkkraft übertragen wird.

Zur Unterstützung dieser manuell aufgebrachten Kraft ist ein Elektromotor EM vorgesehen , der m ittels einer elektronischen Steuereinheit ECU und einer nachgeschalteten Leistungseinheit PU gesteuert wird. Der Elektromotor EM ist beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor), der als ein bei Gleichspannung betriebener mehrphasiger Wechselspannungsmotor (AC-Motor) ausgebildet ist und über ein Ritzel hilfskraftunterstützend auf die Zahnstange 2 wirkt. Zu r Ansteuerung des Motors EM wird eine dem Steuergerät ECU vorgeschaltete Sensoranordnung SAN eingesetzt, die z. B. magento-resistive Sensoren und/oder Hall-Sensoren aufweisen kann, die insbesondere die Rotorlage des Elektromotors erfassen und als Sensorsignal HS an die Steuereinheit ECU bzw. an eine darin befindliche elektrische Schaltung ESK übertragen. Vorzugsweise befindet sich die Sensoranordnung in der Nähe zu den Stromleitungen, über die die Antriebsströme zum Elektromotors fließen.

In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel werden die Steuersignale CS auf die dem Elektromotor EM vorgeschaltete Leistungsstufe PU geführt, die hier auch als Vorschaltgerät bezeichnet wird und steuerbare Leistungshalbleiter enthält. Diese erzeugen dann z.B. drei Antriebsströme lu, Iv und Iw für den Elektromotor EM, also für jede Phase einen sinusförmigen Antriebsstrom (s. auch Fig . 8). Zur Ansteuerung des Elektromotors EM müssen die Sensorsignale HS mögl ichst genau und ungestört sein.

Der Erfindung geht jedoch von der Erkenntnis aus, dass die von der Sensoranordnung SAN bzw. den darin montierten Sensoren (z.B. MR oder Hall) kommenden Sensorsignale stark gestört sein können . Untersuchungen des Erfinders haben ergeben, dass im Sensorsignal HS insbesondere Störungen n-ter Ordnung auftreten, wobei n der Polpaarzahl des Elektromotors EM entspricht. Um hier eine wirksame Störfeldkompensation vorzuschlagen, wird in das Steuergerät ECU eine elektron ische Schaltung ESK eingesetzt, die nachfolgend näher beschrieben wird. Dabei geht die Erfindung auch von der Erkenntnis aus, dass das benötigte Kompensationssignal KS durch Uberlagerung von zwei sinusförmigen Signalen erzeugt werden kann, wobei hierzu auf die bereits vorhandenen Sinussignale zurückgegriffen werden kann, mit denen der Elektromotor bestromt wird, also auf die ohnehin vorhandenen Antriebsströme zurückgegriffen werden kann.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Anordnung umfassend eine Sensorik bzw. Sensoranordnung SAN und eine damit verbundene elektronische Schaltung ESK zur Störfeld kompensation von Sensorsignalen, die von der Sensorik erzeugt werden. Bevor hier näher auch die Schaltung ESK eingegangen wird, sollen zunächst die Sensorik SAN und die von ihr erzeugten Sensorsignale (z.B. HS), welche störbehaftet sein können, beschrieben werden.

Die Sensorik SAN ist an der Rotorwelle des Elektromotors angeordnet und weist einen magneto-resistiven Sensor und zwei Hall-Sensoren auf, die jeweils um 90 Grad versetzt sind. Auf der Welle selbst ist ein Feldgeberring radial oder stirnseitig angeordnet, der ein Polpaar mit einem magnetischen Nordpol und einem magnetischen Südpol aufweist. Dabei kann es sich z.B. um eine magnetisierte Scheibe (Magnettablette) handeln . Mittels des aus dem Stand der Techn ik bekannten sin/cos - Auswerteverfahrens, dem so genannten Quadratur- Verfahren, kann aus den analogen Signalen der Hall-Sensoren ein zugehöriger Winkelwert ermittelt werden. Mit dem magneto-resistiven Sensor allein, der nur die magnetische Feldstärke, nicht aber die Feldrichtung, erkennen kann, wäre bei dieser Anordnung eine absolute Messung des Winkels nur im Bereich von 0 -180 Grad möglich. Diese Einschränkung wird durch den Einsatz der Hall-Sensoren überwunden , der auch d ie Feldrichtung , d . h . d ie Pol ung eines erfassten Magnetpols, erkennen kann. Durch eine Auswertung aller Sensorsignale kann eine eindeutige Bestimmung des absoluten Winkels durchgeführt werden. Ein solche Sensoranordnung SAN ist an sich bekannt (s. DE 198 18 799 C2) und wird deshalb hier nicht weiter beschrieben.

Es hat sich nun gezeigt, dass insbesondere die von den Hall-Sensoren kommenden Sensorsignale HS durch Störeinstrahlungen verfälscht bzw. gestört sein können. Eine erfindungsgemäße Kompensation wird im folgenden beispielhaft an dem erzeugten Sensorsignal HS beschrieben. Zur Kompensation werden Maßnahmen vorgeschlagen, die auch anhand der übrigen Figuren veranschaulicht werden. Dabei wird insbesondere auch auf die Fig. 3 Bezug genommen, welche ein Ablaufdiagram für ein Verfahren zur Störfeldkompensation darstellt, nach welchem die Schaltung ECU arbeitet bzw. ausgelegt ist.

Wie anhand der Fig. 2 zu sehen ist, werden in die Schaltung ESK zwei der Antriebsströme, hier lu und Iv, eingespeist, die jeweils ein Sinussignal sin1 bzw. sin2 darstellen. Dies geschieht im Schritt 1 10 des Verfahrens 100 (s. Fig. 3). Auf den Einsatz von eigenen Sinusgeneratoren kann also verzichtet werden. Die von den Antriebsströmen lu und Iv abgeleiteten Sinussignale haben dieselbe Frequenz fO, weisen aber verschiedene Phasenlagen auf (s. auch Fig . 8). Bei der hier dargestellten Betrachtung der vierten Ordnung eines dreiphasigen System sind die aus den Antriebsströmen gewonnenen Sin ussignale u m jeweils 30 Grad zueinander verschoben. Werden z.B. die Signale lu und Iv herangezogen, so kann durch die Schaltung ESK ein Kompensationssignal KS erzeugt werden, dessen Phasenlage zwischen 0 und 30 Grad liegt (Bereich 1 in Fig. 8). Soll die Phasenlage von KS bzw. HS' im Bereich zwischen 30 und 60 Grad liegen, so sollten die Signale Iv und Iw der Schaltung ESK zugeführt werden, usw.. Um die gewünschte Phasenlage für das Kompensationssignal KS zu erhalten, wird also eine Auswahl von zwei Antriebsströmen vorgenommen, die dem entsprechenden Bereich (s. Fig. 8) zuzuordnen sind, d.h. deren Nulldurchgänge am Anfang bzw. am Ende des jeweiligen Bereichs liegen. Dazu wird die Tabelle TAB verwendet. Je nachdem, in welchem Bereich die gewünschte Phasenlage (Referenzwinkel von HS' bzw. KS) liegen soll, werden anhand dieser Zuordnungs-Tabelle TAB die beiden passenden Antriebsströme ausgewählt und folglich die beiden passenden sinusförmigen Signale sin1 und sin2 bereitgestellt.

Anhand der Fig. 4 wird die durch die Schaltung ESK durchgeführte Überlagerung von zwei frequenzgleichen Sinussignalen (sin1 und sin2) zu einem resultierendem Sinussignal (Kompensationssignal KS) veranschaulicht. Beispielsweise hat das Signal sin1 die Phasenlage Null und das Signal sin2 ist voreilend und z.B. um -60 Grad verschoben. Durch Addition beider Signale entsteht ein Summensignal sin1 + sin2, das auch einem sinusförmigen Signal entspricht, welches dieselbe Frequenz aufweist, dessen Amplitude und Phasenlage aber sich durch die Überlagerung der beiden Signale sin1 und sin2 ergibt. Die Amplitude kann durchaus größer als jede Einzelamplitude sein. Die Phasenlage wiederum kann jeden Wert zwischen den Phasenlagen der Einzelsignale annehmen, also im gezeigten Beispiel zwischen -60 u nd 0 Grad l iegen . I n der F ig . 4 sind d ie Amplituden der Eingangssignale sin1 und sin2 auf den Wert Eins normiert. Durch die Überlagerung ergibt sich für das Summensignal sin1 +sin2 eine Phasenlage von -30 Grad. Werden die Eingangssignale (Einzelsignale) sin1 und sin2 jeweils mit einem Vorfaktoren F1 bzw. F2 multipliziert und dann addiert, so gilt für die Phasenlage des resultierenden Summensignales:

(pres = F1 * (psinl + F2 * (psin2 (Formel 1 )

Das bedeutet, dass sogar bei festgelegten Phasenlagen für die Einzelsignale sin1 und sin2 durch Faktorisierung bzw. Wichtung der Einzelsignale ein resultierendes Signal erzeugt werden kann, dessen resultierende Phasenlage zwischen den festgelegten Phasenlagen der Einzelsignale liegt. Somit entsprechen die Faktoren F1 und F2 Verschiebe-Faktoren, weil sie die Verschiebung der resultierenden

Phasenlage (pres bestimmen. Die Faktorisierung wird in der Schaltung ESK durch entsprechende Multiplikatoren M1 bzw. M2 realisiert (s. Fig. 2 sowie Schritt 120 in Fig. 3). Zur Vereinfachung werden die Faktoren F1 und F2 so vorgegeben, dass ihre Summe immer gleich Eins ist, so dass also gilt: F1 + F2 = 1 .

Somit braucht nur einer der Faktoren, z.B. F2 als Verschiebe-Faktor vorgegeben zu werd en . Der Zusammenhang zwischen Verschiebe-Faktor F2 und der resultierenden Phasenlage ist in Fig. 5 dargestellt. Es zeigt sich eine bereichsweise kosinusförmige Abhängigkeit entsprechend der folgenden Formel:

(pres = (COS (180° + F2 * 180°) + 1 ) * ((psin2 - (psinl ) 12 (Formel 2) Durch Umstellung der Formel kann also eine Berechnung von F2 für eine gewünschte Phasenlage (pres durchgeführt werden . Durch d ie Add ition der faktorisierten Einzelsignale ergibt sich am Ausgang des ersten Addierers (s. A1 in Fig. 2 sowie Schritt 130 in Fig. 3) das folgende resultierendes Sinussignal:

Sinres = (1 -F2) * Sin1 + F2 * Sin2 (Formel 3)

Zu beachten ist, dass die Variation der Amplitude nicht linear von der Winkelverschiebung abhängig ist, sondern einer besonderen Funktion folgt, die in Fig. 6 dargestellt ist und welche auch nicht durch eine trigonometrische Funktion angenähert werden kann. Daher wird zur Ermittlung der Amplitude folgender Ansatz gemacht:

Da ein Sinussignal seinen maximalen Funktionswert bei 90 Grad aufweist, braucht nur der Funktionswert an der entsprechenden Stelle berechnet werden, um den Wert der Amplitude zu ermitteln. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Signal dessen Amplitude zu berechnen ist, um einen beliebigen Winkel zwischen den Phasenlagen der Einzelsignale sin1 und sin2 verschoben sein . Somit kann die Amplitude mit Hilfe der folgenden Formel berechnet werden:

A = (1 -F2) ^* sin1 (P1 ) + F2 ^* sin2 (P1 )

= (1 -F2) ^* sin(<p1 + 90° + Versch ^* Ord) + F2 ^* sin((p2 + 90° + Versch ^* Ord) = (1 -F2) ^* cos((p1 + Versch ^* Ord) + F2 ^* cos((p2 + Versch ^* Ord)

(Formel 4)

Die Fig. 7 zeigt diese Zusammenhänge am Beispiel eines zu berechnenden Funktionswertes. Mittels der berechneten Amplitude A kann das Signal so normiert werden, dass seine Amplitude für alle Verschiebungen den Wert Eins aufweist. Der Umkehrwert 1/A entspricht dabei dem Normierungsfaktor F3. Die Normierung erfolgt in dem Multiplikator M2 (s. Fig. 2) bzw. im Schritt 140 (s. Fig. 3). Somit ergibt sich folgende Formel: Sinres = ((1-F2) ^* Sin1 + F2 ^* Sin2) ^* F3 (Formel 5)

Mit Hilfe dieser Formel ist es möglich, mittels zweier zueinander phasenverschobener Sinussignale mit der Amplitude 1 und einer beliebigen Phasenlage φ (φΐ < φ < φ2) ein resultierendes sinusförmiges

Kompensationssignal KS = sinres zu erzeugen, das eine gewünschte Phasenlage

(pres und eine gewünschte max. Amplitude Amax = F3 aufweist. Das resultierende

Kompensationssignal KS wird dann von dem störbehafteten Sensorsignal HS abgezogen, wodurch sich das entstörte Sensorsignal HS' ergibt (s. Fig.2 und Schritt 150 in Fig.3).

In mehrphasigen Systemen (z.B. Drehstrommotoren) kann es aufgrund der Beschränkung (φΐ < φ < φ2) erforderlich sein, zuerst die passenden Phasenströme für die Kompensation auszuwählen.

Nachfolgend wird dies am Beispiel eines Störsignal vierter Ordnung in einem dreiphasigen System beschrieben: Das bedeutet, dass ein Fehler vierter Ordnung in einem dreiphasigen System kompensiert werden soll und deshalb die Phasendifferenz zwischen den einzelnen Sinussignalen 30 Grad beträgt (= 360 Grad/ 3/4).

Aufgrund der Tatsache, dass es sich um ein Signal vierter Ordnung handelt, kann die Phasenlage durch Subtraktion aller Vielfachen von 90 Grad auf einen Bereich von 0 bis 90 Grad beschränkt werden.

Da bei fester Auswahl zweier zur Kompensation verwendeter Phasenströme nur ein Bereich von 30 Grad abgedeckt werden kann, muss zunächst eine Bereichsunterscheidung gemacht werden. Die Fig.8 sowie die unten stehende Tabelle TAB verdeutlichen dies. Je nachdem, in welchem Bereich die ermittelte Phasenlage liegt, werden die entsprechenden Phasenströme zur Signalgenerierung verwendet (s. auch TAB in Fig. 2 sowie Schritt 1 10 in Fig. 3).

Die Zuordnung wird folgender Tabelle TAB entnommen:

Nach der Bereichsunterscheidung muss das zu generierende Signal lediglich in einem Bereich von 0 bis 30 Grad verschoben werden. Die dazu notwendigen Parameter (Verschiebe-Faktor VF=F2 und Normierungs-Fakor NF=F3) können nach den oben genannten Formeln berechnet werden.

Mit den beschriebenen Maßnahmen und Formeln kann somit ein beliebig verschobenes Sinussignal mit derselben Ordnung wie die der generierten Sinussignale sin1 und sin2 erzeugt werden, wobei die Amplitude auf Eins normiert werden kann.

Um nun die Störfeldeinflüsse durch die feldverursachenden Ströme kompensieren zu können, muss der Zusammenhang zwischen der Amplitude des Phasenstroms und der Amplitude des Störsignals ermitttelt werden. Dies kann z.B. messtechnisch oder mittels einer Simulation erfolgen. Der Zusammenhang zwischen Phasenstrom und Störsignalamplitude wird durch den

Störfeldeinflussfaktor SF repräsentiert. Wird dieser mit der Formel 5 multipliziert, so ergibt sich folgende Formel für die Kompensation des Störsignals vierter Ordnung, wobei sin1 und sin2 aus der zuvor genannten Tabelle TAB ausgewählt wird:

KS = ((1 -VF)^*sin1 + VF^*sin2) ^* NF^*SF

= ((1 -F2)^*sin1 + F2^*sin2) ^* F3, wobei F3 = NF^*SF (Formel 6)

Demnach sind für die Erzeugung des Kompensationssignals KS nur drei Multiplikationen und eine Addition erforderlich (s. auch Fig. 2). Das so generierte Kompensationssignal KS braucht dann nur noch von dem gestörten Sensorsignal HS subtrahiert zu werden.

Mit anderen Worten: Es wird vorgeschlagen, das ein Kompensationssignal KS im wesentlichen durch eine faktorisierte Additition zweier sinusförmiger Signale sin1 und sin2 zu erzeugen. Dabei wird ausgenutzt, dass die Addition phasenverschobener Sinussignale mit derselben Frequenz, wieder ein Sinussignal mit dieser Frequenz ergeben. Werden die Signale sin1 und sin2 vor der Addition mit Faktoren multipliziert, hier mit F1 bzw.F2, so kann die Phasenlage des resultierenden Sinussignals (am Ausgang des Addierers A1) verschoben werden. Wird dann dieses Sinussignal mit einem Faktor F3 multipliziert, so ergibt sich ein sinusförmiges Kompensationssignal KS mit vorgebbarer Phasenlage und mit normierter sowie auf das Störfeld hin optimierter Amplitude.

Insgesamt werden zur Kompensation also lediglich drei Multiplikationen und zwei Additionen benötigt. Das wiederum bedeutet eine wesentlich geringere Rechenleistung als etwa eine Kompensation durch Signalüberlagerung oder Vektoraddition. Außerdem, weil die das Störfeld verursachenden Ströme hier direkt als Führungsgröße bei der Kompensation verwendet werden, ergibt sich der Vorteil einer direkten Kopplung zwischen Ursache und Wirkung. Dadurch wird die Störanfälligkeit der Kompensation selbst vermindert.

In der in der Fig. 2 gezeigten Schaltung ESK sind exemplarisch drei Multiplikationsstufen und zwei Addierstufen dargestellt. Die Realisierung kann z.B. durch einen anwendungs-spezifischen Integrierten Schaltkreis (ASIC) realisiert werden, der etwa in das Steuergerät ECU für den Motor einer Elektrolenkung integriert ist. Alternativ dazu kann die Erfindung auch mittels eines programmierten MikroControllers oder dergleichen realisiert werden.

Zusammenfassend werden ein Verfahren und danach arbeitende Vorrichtungen vorgeschlagen, insbesondere eine Schaltung ESK, die ein Kompensationssignal KS durch eine faktorisierte Addition zweier sinusförmiger Signale sin1, sin2 erzeugt. Dabei wird ausgenutzt, dass bei einer elektrischen Hilfskraftlenkung bereits sinusförmige Antriebsströme lu, Iv, Iw zur Verfügung stehen und dass die Addition phasenverschobener Sinussignale mit derselben Frequenz, wieder ein Sinussignal mit dieser Frequenz ergibt. Die Signale sin1 , sin2 werden vor der Add ition m it Faktoren F 1 , F2 mu ltipl iziert, wod urch d ie Phasen lage des resultierenden Sinussignals bzw. Summensignals am Ausgang des Addierers A1 verschoben werden . Diese Summensignal wird dann mit einem Faktor F3 multipliziert, der sowohl der Amplitudennormierung wie auch Anpassung an das Störfeld entspricht, um schließlich ein sinusförmiges Kompensationssignal KS mit vorgebbarer Phasenlage und mit normierter sowie auf das Störfeld hin optimierter Amplitude zu erhalten. Das Kompensationssignal KS wird dann von dem gestörten

Sensorsignal HS subtrahiert.

Bezugszeichenliste

SAN Sensoranordnung

H1 , H2 Hall-Sensoren

MR magnetoresistiver Sensor

N, S Nord- bzw. Südpol (Feldgeberring)

HS Sensorsignal

KS Kompensationssignal

HS' Störfeld-kompensiertes Sensorsignal

ECU Steuergerät mit:

ESK Schaltung zur Kompensation

MEM Speicher für Tabelle TAB

M1 , M2, M3 Multiplikatoren zur Faktorisierung F1 , F2 und F3

A1 , A2 Addierer

100 Verfahren zur Störfeld kompensation

1 10 Schritt zur Erzeugung von Sinussignalen

120 Schritt zur Faktorisierung der Sinussignale (Verschiebungsfaktor)

130 Schritt zur Bildung eines Summensignal durch

Addition der faktorisierten Sinussgnale

140 Schritt zur Faktorisierung des Summensignals (Normierungsfaktor) zur Bildung des Kompensationssignals

150 Schritt zur Kompensation durch Subtraktion des

Kompensationssignals von dem Sensorsignal

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren (100) zur Störfeld kompensation bei einem Sensorsignal (HS), das von einer Sensoranordnung (SAN) zur Ermittlung eines Lenkwinkels und/oder Drehmoments in einem Lenkstrang einer (4) mit einem

Elektromotor (M) ausgestatteten elektrischen Hilfskraftlenkung (1 ) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass

das von der Sensoranordnung (SAN) erzeugte Sensorsignal (HS) mit einem Kompensationssignal (KS) beaufschlagt wird, das mittels Addition (130) zweier frequenzgleicher sinusförmiger Signale (sin1 , sin2) erzeugt wird, wobei die Signale (sin1 , sin2) aus Antriebsströmen (lu, Iv, Iw) des Elektromotors (EM) abgeleitet werden.

2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt (1 10) ein erstes sinusförmiges Signal (sin1 ) und ein zweites sinusförmiges Signal (sin2) aus zwei Antriebsströmen (lu, Iv) erzeugt werden, die dieselbe Frequenz (fO), aber unterschiedliche Phasenlagen (φ1 , φ2) aufweisen.

3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (EM) ein mehrphasiger n-poliger Induktionsmotor, der mit k sinusförmigen Antriebsströmen (lu, Iv, Iw) betrieben wird, die jeweils um 2π / (k^*n) zueinander phasenverschoben sind.

4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur

Erzeugung der zwei sinusförmigen Signale (sin1 , sin2) in Abhängigkeit davon, welche unterschiedlichen Phasenlagen (φ1 , φ2) diese aufweisen sollen, zwei der sinusförmigen Antriebsströmen (lu, Iv) herangezogen werden, insbesondere mittels einer Nachschlagetabelle (TAB)

herangezogen werden.

5. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt (120) die sinusförmigen Signale (sin1 , sin2) faktohsiert werden, indem das erste und zweite Signal mit jeweils einem ersten bzw. zweiten Faktor (F1 , F2) multipliziert werden, wobei die Summe der Faktoren den Wert Eins ergibt.

6. Verfahren (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Schritt (130) die faktorisierten Signale zu einem sinusförmigen Summensignal addiert werden.

7. Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die

Faktoren (F1 , F2) Verschiebungsfaktoren entsprechen und so bestimmt werden, dass das sinusförmige Summensignal eine für die

Störfeld kompensation gewünschte Phasenlage ((pres) aufweist, wobei diese Phasenlage zwischen den Phasenlagen (φ1 , φ2) liegt.

8. Verfahren (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Schritt (140) das sinusförmige Summensignal faktohsiert wird, indem das Summensignal mit einem dritten Faktor (F3) multipliziert wird, wodurch sich das Kompensationssignal (KS) ergibt.

9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Faktor (F3) einem Normierungsfaktor entspricht....

10. Verfahren (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Schritt (150) das Sensorsignal (HS) mit dem

Kompensationssignal (KS), das dem faktorisierten Summensignal entspricht, beaufschlagt wird.

1 1 . Verfahren (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (HS) mit dem Kompensationssignal (KS) beaufschlagt wird, indem das Kompensationssignal (KS) von dem Sensorsignal (HS) subtrahiert wird, wodurch sich ein Störfeld-kompensiertes Sensorsignal (HS') ergibt.

12. Elektronische Schaltung (ESK) zur Störfeld kompensation bei einem Sensorsignal (HS), das eine Sensoranordnung (SAN) zur Ermittlung eines Lenkwinkels und/oder Drehmoments in einem Lenkstrang (4) einer elektrischen Hilfskraftlenkung (1 ) erzeugt, die mit einem Elektromotor (M) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass

die Schaltung (ESK) ein Kompensationssignal (KS) mittels Addition (130) zweier frequenzgleicher sinusförmiger Signale (sin1 , sin2) erzeugt, indem die Schaltung (ESK) die sinusförmigen Signale (sin1 , sin2) aus

Antriebsströmen (lu, Iv, Iw) des Elektromotors (EM) ableitet, und dass die Schaltung (ESK) das von der Sensoranordnung (SAN) erzeugte Sensorsignal (HS) mit dem Kompensationssignal (KS) beaufschlagt.

13. Steuergerät (ECU) für eine elektrische Hilfskraftlenkung (1 ), wobei das Steuergerät (ECU) eine elektronische Schaltung (ESK) zur

Störfeld kompensation bei einem Sensorsignal (HS) aufweist, das eine Sensoranordnung (SAN) zur Ermittlung eines Lenkwinkels und/oder Drehmoments in einem Lenkstrang (4) der elektrischen Hilfskraftlenkung (1 ) erzeugt, die mit einem Elektromotor (M) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass

14. Elektrische Hilfskraftlenkung (1 ), die mit einem Elektromotor (EM)

ausgestattet ist und die eine Sensoranordnung (SAN) aufweist, die mindestens ein Sensorsignal (HS) zur Ermittlung eines Lenkwinkels in einem Lenkstrang (4) der Hilfskraftlenkung (1 ) erzeugt, und die eine mit der Sensoranordnung (SAN) verbundene elektronische Schaltung (ECU) zur Störfeld kompensation bei dem Sensorsignal (HS) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (ECU) ein Kompensationssignal (KS) mittels Addition (130) zweier frequenzgleicher sinusförmiger Signale (sin1 , sin2) erzeugt, indem die Schaltung (ECU) die sinusförmigen Signale (sin1 , sin2) aus

Antriebsströmen (lu, Iv, Iw) des Elektromotors (EM) ableitet, und dass die Schaltung (ECU) das von der Sensoranordnung (SAN) erzeugte

Sensorsignal (HS) mit dem Kompensationssignal (KS) beaufschlagt.