WO2011069904A2 - Method and device for compensating for interference fields of sensor signals in an electrical power steering system - Google Patents

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WO2011069904A2
WO2011069904A2 PCT/EP2010/068826 EP2010068826W WO2011069904A2 WO 2011069904 A2 WO2011069904 A2 WO 2011069904A2 EP 2010068826 W EP2010068826 W EP 2010068826W WO 2011069904 A2 WO2011069904 A2 WO 2011069904A2
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sinusoidal
sensor
compensation
sin2
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Rainer Biegert
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Zf Lenksysteme Gmbh
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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    • G01D5/2448Correction of gain, threshold, offset or phase control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
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    • G01B7/30Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the invention relates to a method for compensation field compensation according to the preamble of claim 1 and an operating according to the method electronic circuit which is connectable to a sensor arrangement for determining an absolute steering angle and / or torque. Furthermore, the invention relates to a control device and an electric power steering system, which are equipped with such a circuit.
  • the Hall sensors are assigned to a common and with respect to a rotation axis radially or frontally arranged magnetic field generator ring having a magnetic north pole and south pole existing pole pair.
  • each pole is provided with a half sinusoidal magnetization corresponding to a wavelength, wherein the field generator ring consists of a magnetizable material whose magnetization is artificially introduced.
  • the object of the invention is to propose a method and then working device for interfering field compensation.
  • an electronic circuit for r Störfeld compensation to be proposed or in a Sensoranord n ung to achieve a Störfeldkompensiertator determination of steering angles and / or torques in such a power steering system.
  • a compensation signal which is generated by adding two frequency-identical sinusoidal signals, these signals being derived from drive currents of an electric motor mounted in the electric power steering system.
  • two sinusoidal drive currents of a multi-phase induction motor are used. The selection of the two drive currents takes place as a function of which different phase positions the sinusoidal signals (input signals) should have, in order to generate them
  • Compensation signal (output signal) to achieve the desired phase position.
  • the association is preferably stored in a look-up table.
  • the invention thus utilizes the already existing drive currents of the electric motor to derive two sinusoidal, frequency-equal, but phase-different input signals, from which then by means of addition a compensation signal desired amplitude and phase angle is generated. Since the two input signals (two individual sinusoidal signals) are derived from drive currents which are shifted by a fixed phase, for example by 30 degrees, it is advantageous if the two sinusoidal signals are added in a factorized manner, thus providing a sum signal with one for the compensation to form the desired phase position. By further factoring, the amplitude of the sum signal is normalized to a desired amount. This factored
  • Sum signal forms the compensation signal, with which the disturbed sensor signal is applied, this is preferably done by the compensation signal is subtracted from the sensor signal to finally obtain a compensated sensor signal.
  • a compensation signal with predeterminable phase position and amplitude can be formed very effectively and with very little computational complexity.
  • an electronic circuit operating according to the method for connection to a sensor arrangement (sensor system), as well as a control unit equipped therewith for an electric power steering system.
  • an electric power steering system equipped therewith is proposed.
  • Fig. 1 shows the structure of an electric power steering system, in which a circuit according to the invention is installed;
  • Fig. 2 shows the structure of the circuit which is connected to a sensor and performs an interference field compensation to the sensor signal
  • Fig. 3 shows a flow chart for a method according to the invention, which executes the circuit for interference field compensation
  • Fig. 4 relates to a step of the method and illustrates an addition or superposition of two equal frequency sinusoidal signals to a sinusoidal sum signal
  • Fig. 5 refers to a further step of the method
  • Fig. 6 refers to a further step of the method
  • Fig. 7 relates to a further step of the method
  • Fig. 8 relates to a further step of the method
  • He and Fig. Power Steering 1 (also known as electric power steering) for a vehicle in which a rack 2 arranged in an axially displaceable manner is arranged in a steering housing.
  • a rack 2 arranged in an axially displaceable manner is arranged in a steering housing.
  • a pinion 3 meshes a, which is operatively connected to a steering shaft or steering column 4, via which the steering force applied by the driver is transmitted.
  • an electric motor EM is provided, which is controlled by means of an electronic control unit ECU and a downstream power unit PU.
  • the electric motor EM is, for example, a brushless DC motor (BLDC motor), which is designed as a DC-operated multi-phase AC motor (AC motor) and acts on the rack 2 via a pinion to assist the servo.
  • BLDC motor brushless DC motor
  • AC motor DC-operated multi-phase AC motor
  • a control unit SAN upstream of the control unit ECU is used, which, for. B.
  • magento-resistive sensors and / or Hall sensors may include, in particular, detect the rotor position of the electric motor and transmitted as a sensor signal HS to the control unit ECU or to an electrical circuit located therein ESK.
  • the sensor assembly is in proximity to the power lines through which the drive currents flow to the electric motor.
  • control signals CS are fed to the power stage PU upstream of the electric motor EM, which is also referred to herein as a ballast and contains controllable power semiconductors. These then generate e.g. three drive currents lu, Iv and Iw for the electric motor EM, so for each phase a sinusoidal drive current (see also Fig. 8).
  • the sensor signals HS should be as accurate as possible and undisturbed.
  • the invention is based on the recognition that the sensor signals coming from the sensor arrangement SAN or the sensors mounted therein (eg MR or Hall) can be severely disturbed. Investigations by the inventor have shown that, in particular, nth-order disturbances occur in the sensor signal HS, where n corresponds to the pole-pair number of the electric motor EM.
  • an electronic circuit ESK is used in the control unit ECU, which will be described in more detail below.
  • the invention is also based on the knowledge that the required compensation signal KS can be generated by superposition of two sinusoidal signals, for which purpose it is possible to make use of the already existing sinusoidal signals with which the electric motor is energized, that is to say that the already existing drive currents can be used.
  • FIG. 2 shows the structure of an arrangement comprising a sensor or sensor array SAN and an associated electronic circuit ESK for the interference field compensation of sensor signals generated by the sensor.
  • ESK electronic circuit
  • the sensor SAN is arranged on the rotor shaft of the electric motor and has a magneto-resistive sensor and two Hall sensors, which are each offset by 90 degrees.
  • a field sensor ring is arranged radially or frontally, which has a pole pair with a magnetic north pole and a magnetic south pole. This may be e.g. to act a magnetized disc (magnetic tablet).
  • FIG. 3 shows a flow diagram for a method for interference field compensation, according to which the circuit ECU operates or is designed.
  • two of the drive currents in this case Iu and Iv, are fed into the circuit ESK, each of which represents a sine signal sin1 or sin2. This is done in step 1 10 of the method 100 (see Fig. 3).
  • the use of own sine generators can therefore be dispensed with.
  • the sinusoidal signals derived from the drive currents Iu and Iv have the same frequency f0, but have different phase angles (see also FIG. In the consideration of the fourth order of a three-phase system shown here, the sin ussignals u m obtained from the drive currents are each shifted 30 degrees to each other. If e.g.
  • the signals lu and Iv it can be generated by the circuit ESK a compensation signal KS whose phase angle is between 0 and 30 degrees (range 1 in Fig. 8). If the phase position of KS or HS 'are in the range between 30 and 60 degrees, the signals Iv and Iw should be supplied to the circuit ESK, etc .. In order to obtain the desired phase position for the compensation signal KS, so is a selection of made two drive currents, which are assigned to the corresponding area (see Fig. 8), ie whose zero crossings are at the beginning or at the end of the respective range. The table TAB is used for this. Depending on the area in which the desired phase angle (reference angle of HS 'or KS) should lie, the two matching drive currents are selected on the basis of this assignment table TAB, and consequently the two matching sinusoidal signals sin1 and sin2 are provided.
  • the superimposition of two frequency-identical sinusoidal signals (sin1 and sin2) carried out by the circuit ESK to a resulting sinusoidal signal (compensation signal KS) is illustrated.
  • the signal sin1 has the phase position zero and the signal sin2 is leading and, for example, around -60 Degrees shifted. Addition of both signals results in a sum signal sin1 + sin2 which also corresponds to a sinusoidal signal which has the same frequency but whose amplitude and phase position result from the superimposition of the two signals sin1 and sin2.
  • the amplitude can be greater than any single amplitude.
  • the phase position in turn, can assume any value between the phase positions of the individual signals, that is to say between -60 and 0 degrees in the example shown.
  • the amplitudes of the input signals sin1 and sin2 are normalized to the value one. Due to the superimposition, a phase angle of -30 degrees results for the sum signal sin1 + sin2. If the input signals (individual signals) sin1 and sin2 are each multiplied by a pre-factor F1 or F2 and then added together, the following applies to the phase position of the resulting sum signal:
  • the factorization is realized in the circuit ESK by corresponding multipliers M1 and M2, respectively (see Fig. 2 and step 120 in Fig. 3)
  • the amplitude can be calculated using the following formula:
  • FIG. 7 shows these relationships using the example of a function value to be calculated.
  • the signal can be normalized such that its amplitude has the value one for all shifts.
  • the inverse value 1 / A corresponds to the normalization factor F3.
  • Compensation signal KS is then subtracted from the noisy sensor signal HS, resulting in the suppressed sensor signal HS 'results (see Fig.2 and step 150 in Figure 3).
  • the phase angle can be limited by subtracting all multiples of 90 degrees to a range of 0 to 90 degrees.
  • FIG. 8 and the table TAB below illustrate this.
  • the corresponding Phase currents used for signal generation see also TAB in Fig. 2 and step 1 10 in Fig. 3).
  • the signal to be generated need only be shifted in a range of 0 to 30 degrees.
  • an arbitrarily shifted sinusoidal signal having the same order as that of the generated sinusoidal signals sin1 and sin2 can be generated, wherein the amplitude can be normalized to one.
  • the relationship between the amplitude of the phase current and the amplitude of the interference signal must be determined. This can e.g. metrologically or by means of a simulation. The relationship between phase current and noise amplitude is determined by the
  • a compensation signal KS be generated essentially by a factorized addition of two sinusoidal signals sin1 and sin2. It is exploited that the addition of phase-shifted sine signals with the same frequency, again give a sinusoidal signal with this frequency. If the signals sin1 and sin2 are multiplied by factors before addition, here with F1 or F2, then the phase position of the resulting sine signal (at the output of the adder A1) can be shifted. If this sinusoidal signal is then multiplied by a factor F3, the result is a sinusoidal compensation signal KS with a predefinable phase position and with a normalized amplitude that has been optimized for the interference field.
  • circuit ESK shown in FIG. 2 three multiplication stages and two adder stages are shown by way of example.
  • the realization may e.g. be implemented by an application-specific integrated circuit (ASIC), which is integrated approximately in the control unit ECU for the engine of an electric steering.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the invention may also be implemented by means of a programmed microcontroller or the like.
  • This sum signal is then multiplied by a factor F3, which corresponds to both the amplitude normalization and adaptation to the interference field, in order finally to obtain a sinusoidal compensation signal KS with a predefinable phase position and with normalized and optimized to the interference field amplitude.
  • the compensation signal KS is then disturbed by the
  • N S north or south pole (field ring)
  • ECU control unit with:

Abstract

The invention relates to a method and devices acting according thereto, in particular a circuit (ESK) generating a compensation signal (KS) by means of a factorized addition of two sinusoidal signals (sin1, sin2). The fact that sinusoidal drive currents (Iu, Iv, Iw) are already available for an electrical power steering system, and that the addition of phase-shifted sinusoidal signals having the same frequency results in a sinusoidal signal having said frequency, is utilized. The signals (sin1, sin2) are multiplied by factors (F1, F2) prior to addition, whereby the phasing of the resulting sinusoidal signal or sum signal is shifted at the output of the adder (A1). Said sum signal is then multiplied by a factor (F3) corresponding to both the amplitude standardization and the adaptation to the interference field, in order to ultimately obtain a sinusoidal compensation signal (KS) having predefinable phasing and a standardized amplitude that is also optimized with respect to the interference field. The compensation signal (KS) is then subtracted from the sensor signal (HS) having the interference.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zur Störfeldkompensation von Sensorsignalen in einer elektrischen Hilfskraftlenkung  Method and apparatus for interference field compensation of sensor signals in an electric power steering system
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. The invention relates to a method for compensation field compensation according to the preamble of claim 1 and an operating according to the method electronic circuit which is connectable to a sensor arrangement for determining an absolute steering angle and / or torque. Furthermore, the invention relates to a control device and an electric power steering system, which are equipped with such a circuit.
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. Various methods and devices are known from the prior art which evaluate sensor signals generated by sensor arrangements in order to determine the steering angle and / or the torque in the steering line of a power steering system.
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. The DE 1 0 2007 01 1 675 A1 besch rubs a Sensoranord nu ng in a steering column of a power steering system, two mutually offset by 90 degrees Hall sensors generate sensor signals for determining the steering angle. For this purpose, the Hall sensors are assigned to a common and with respect to a rotation axis radially or frontally arranged magnetic field generator ring having a magnetic north pole and south pole existing pole pair. In this case, each pole is provided with a half sinusoidal magnetization corresponding to a wavelength, wherein the field generator ring consists of a magnetizable material whose magnetization is artificially introduced.
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. In DE 1 98 18 799 C2, a sensor arrangement is described, which has a rotation angle sensor with two magnetic rings and d rei zugeord Neten sensor elements. To determine a unique angle within a 360 degree full circle, a combination of Hall and MR sensors will be used used, the signals of the Hall sensors are used for area discrimination.
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 wirksameAlthough the known sensor arrangements provide clear sensor signals, which are evaluated for the determination of the steering angle and / or torque, but it has been shown that the sensor signals are affected by various disturbing influences. As a result, the measured sensor signals can be heavily corrupted. If, for example, such sensor arrangements are used in a polyphase electric power steering system, it is also possible for interference emissions from individual phase currents to occur on the sensor system. An effective
Störfeldkompensation wäre hier sehr wünschenswert. Interference field compensation would be very desirable here.
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. The object of the invention is to propose a method and then working device for interfering field compensation. In particular, an electronic circuit for r Störfeld compensation to be proposed or in a Sensoranord n ung to achieve a Störfeldkompensierte determination of steering angles and / or torques in such a power steering system.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. This object is achieved by a method having features of claim 1 and by devices having the features of the independent claims.
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 erzeugtenAccordingly, it is proposed to apply to the at least one sensor signal generated by the sensor arrangement a compensation signal which is generated by adding two frequency-identical sinusoidal signals, these signals being derived from drive currents of an electric motor mounted in the electric power steering system. Preferably, two sinusoidal drive currents of a multi-phase induction motor are used. The selection of the two drive currents takes place as a function of which different phase positions the sinusoidal signals (input signals) should have, in order to generate them
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 faktorisierteCompensation signal (output signal) to achieve the desired phase position. The association is preferably stored in a look-up table. The invention thus utilizes the already existing drive currents of the electric motor to derive two sinusoidal, frequency-equal, but phase-different input signals, from which then by means of addition a compensation signal desired amplitude and phase angle is generated. Since the two input signals (two individual sinusoidal signals) are derived from drive currents which are shifted by a fixed phase, for example by 30 degrees, it is advantageous if the two sinusoidal signals are added in a factorized manner, thus providing a sum signal with one for the compensation to form the desired phase position. By further factoring, the amplitude of the sum signal is normalized to a desired amount. This factored
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. Sum signal forms the compensation signal, with which the disturbed sensor signal is applied, this is preferably done by the compensation signal is subtracted from the sensor signal to finally obtain a compensated sensor signal.
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. By accessing the drive currents and the addition of sinusoidal signals derived therefrom, in particular by a factorized or weighted addition, a compensation signal with predeterminable phase position and amplitude can be formed very effectively and with very little computational complexity.
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. Also proposed are an electronic circuit operating according to the method for connection to a sensor arrangement (sensor system), as well as a control unit equipped therewith for an electric power steering system. In addition, an electric power steering system equipped therewith is proposed.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
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; The invention will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings which show the following schematic views: Fig. 1 shows the structure of an electric power steering system, in which a circuit according to the invention is installed;
Fig. 2 zeigt den Aufbau der Schaltung, die mit einer Sensorik verbunden ist und an deren Sensorsignal eine Störfeld kompensation vornimmt; Fig. 2 shows the structure of the circuit which is connected to a sensor and performs an interference field compensation to the sensor signal;
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren, das die Schaltung zur Störfeldkompensation ausführt; Fig. 3 shows a flow chart for a method according to the invention, which executes the circuit for interference field compensation;
Fig. 4 bezieht sich auf einen Schritt des Verfahrens und veranschaulicht eine Addition bzw. Überlagerung von zwei frequenzgleichen Sinussignalen zu einem sinusförmigen Summensignal; Fig. 4 relates to a step of the method and illustrates an addition or superposition of two equal frequency sinusoidal signals to a sinusoidal sum signal;
Fig. 5 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und Fig. 5 refers to a further step of the method and
veranschaulicht die Abhängigkeit der Phasenlage des Summensignals von einer Faktorisierung bzw. Gewichtung der Sinussignale;  illustrates the dependence of the phase position of the sum signal on a factorization or weighting of the sine signals;
Fig. 6 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und Fig. 6 refers to a further step of the method and
veranschaulicht die Abhängigkeit der Amplitude des Summensignals von einer Faktorisierung bzw. Gewichtung der Sinussignale;  illustrates the dependence of the amplitude of the sum signal on a factorization of the sine signals;
Fig. 7 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und Fig. 7 relates to a further step of the method and
veranschaulicht die Normierung des Summensignals auf eine bestimmte Amplitude;  illustrates the normalization of the sum signal to a certain amplitude;
Fig. 8 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und Fig. 8 relates to a further step of the method and
veranschaulicht die Auswahl der zur Störfeldkompensation verwendeten Sinussignale bei einem dreiphasigen System (Drehstrommotor).  illustrates the selection of the sinusoidal signals used for the interference field compensation in a three-phase system (three-phase motor).
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. He and Fig. Power Steering 1 (also known as electric power steering) for a vehicle in which a rack 2 arranged in an axially displaceable manner is arranged in a steering housing. In this rack 2, a pinion 3 meshes a, which is operatively connected to a steering shaft or steering column 4, via which the steering force applied by the driver is transmitted.
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. To support this manually applied force, an electric motor EM is provided, which is controlled by means of an electronic control unit ECU and a downstream power unit PU. The electric motor EM is, for example, a brushless DC motor (BLDC motor), which is designed as a DC-operated multi-phase AC motor (AC motor) and acts on the rack 2 via a pinion to assist the servo. For the control of the motor EM, a control unit SAN upstream of the control unit ECU is used, which, for. B. magento-resistive sensors and / or Hall sensors may include, in particular, detect the rotor position of the electric motor and transmitted as a sensor signal HS to the control unit ECU or to an electrical circuit located therein ESK. Preferably, the sensor assembly is in proximity to the power lines through which the drive currents flow to the electric motor.
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. In the example shown in FIG. 2, the control signals CS are fed to the power stage PU upstream of the electric motor EM, which is also referred to herein as a ballast and contains controllable power semiconductors. These then generate e.g. three drive currents lu, Iv and Iw for the electric motor EM, so for each phase a sinusoidal drive current (see also Fig. 8). To control the electric motor EM, the sensor signals HS should be as accurate as possible and undisturbed.
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. However, the invention is based on the recognition that the sensor signals coming from the sensor arrangement SAN or the sensors mounted therein (eg MR or Hall) can be severely disturbed. Investigations by the inventor have shown that, in particular, nth-order disturbances occur in the sensor signal HS, where n corresponds to the pole-pair number of the electric motor EM. In order to propose an effective interference field compensation, an electronic circuit ESK is used in the control unit ECU, which will be described in more detail below. The invention is also based on the knowledge that the required compensation signal KS can be generated by superposition of two sinusoidal signals, for which purpose it is possible to make use of the already existing sinusoidal signals with which the electric motor is energized, that is to say that the already existing drive currents can be used.
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. 2 shows the structure of an arrangement comprising a sensor or sensor array SAN and an associated electronic circuit ESK for the interference field compensation of sensor signals generated by the sensor. Before the circuit ESK is described in greater detail, the sensor system SAN and the sensor signals (for example HS) which it generates, which should be susceptible to interference, will first of all be described.
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. The sensor SAN is arranged on the rotor shaft of the electric motor and has a magneto-resistive sensor and two Hall sensors, which are each offset by 90 degrees. On the shaft itself, a field sensor ring is arranged radially or frontally, which has a pole pair with a magnetic north pole and a magnetic south pole. This may be e.g. to act a magnetized disc (magnetic tablet). By means of the sin / cos evaluation method known from the prior art, the so-called quadrature method, an associated angle value can be determined from the analog signals of the Hall sensors. With the magneto-resistive sensor alone, which can only detect the magnetic field strength, but not the field direction, an absolute measurement of the angle would only be possible in the range of 0-180 degrees with this arrangement. This limitation is overcome by the use of the Hall sensors, which also controls the field direction, i. H . the polarity of a detected magnetic pole can be detected. By an evaluation of all sensor signals, an unambiguous determination of the absolute angle can be performed. Such a sensor arrangement SAN is known per se (see DE 198 18 799 C2) and will therefore not be described further here.
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. It has now been shown that in particular the sensor signals HS coming from the Hall sensors are falsified or disturbed by interfering radiation could be. A compensation according to the invention is described below by way of example on the generated sensor signal HS. For compensation measures are proposed, which are also illustrated by the other figures. Reference is made in particular to FIG. 3, which shows a flow diagram for a method for interference field compensation, according to which the circuit ECU operates or is designed.
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. As can be seen with reference to FIG. 2, two of the drive currents, in this case Iu and Iv, are fed into the circuit ESK, each of which represents a sine signal sin1 or sin2. This is done in step 1 10 of the method 100 (see Fig. 3). The use of own sine generators can therefore be dispensed with. The sinusoidal signals derived from the drive currents Iu and Iv have the same frequency f0, but have different phase angles (see also FIG. In the consideration of the fourth order of a three-phase system shown here, the sin ussignals u m obtained from the drive currents are each shifted 30 degrees to each other. If e.g. used the signals lu and Iv, it can be generated by the circuit ESK a compensation signal KS whose phase angle is between 0 and 30 degrees (range 1 in Fig. 8). If the phase position of KS or HS 'are in the range between 30 and 60 degrees, the signals Iv and Iw should be supplied to the circuit ESK, etc .. In order to obtain the desired phase position for the compensation signal KS, so is a selection of made two drive currents, which are assigned to the corresponding area (see Fig. 8), ie whose zero crossings are at the beginning or at the end of the respective range. The table TAB is used for this. Depending on the area in which the desired phase angle (reference angle of HS 'or KS) should lie, the two matching drive currents are selected on the basis of this assignment table TAB, and consequently the two matching sinusoidal signals sin1 and sin2 are provided.
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: Referring to FIG. 4, the superimposition of two frequency-identical sinusoidal signals (sin1 and sin2) carried out by the circuit ESK to a resulting sinusoidal signal (compensation signal KS) is illustrated. For example, the signal sin1 has the phase position zero and the signal sin2 is leading and, for example, around -60 Degrees shifted. Addition of both signals results in a sum signal sin1 + sin2 which also corresponds to a sinusoidal signal which has the same frequency but whose amplitude and phase position result from the superimposition of the two signals sin1 and sin2. The amplitude can be greater than any single amplitude. The phase position, in turn, can assume any value between the phase positions of the individual signals, that is to say between -60 and 0 degrees in the example shown. I n the F ig. 4, the amplitudes of the input signals sin1 and sin2 are normalized to the value one. Due to the superimposition, a phase angle of -30 degrees results for the sum signal sin1 + sin2. If the input signals (individual signals) sin1 and sin2 are each multiplied by a pre-factor F1 or F2 and then added together, the following applies to the phase position of the resulting sum signal:
(pres = F1 * (psinl + F2 * (psin2 (Formel 1 ) (pres = F1 * (psinl + F2 * (psin2 (formula 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 resultierendenThis means that even with defined phase positions for the individual signals sin1 and sin2 by factoring or weighting of the individual signals, a resulting signal can be generated whose resulting phase position lies between the defined phase positions of the individual signals. Thus, the factors F1 and F2 correspond to shift factors because they shift the resulting
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 . The factorization is realized in the circuit ESK by corresponding multipliers M1 and M2, respectively (see Fig. 2 and step 120 in Fig. 3) For simplicity, the factors F1 and F2 are given so that their sum always is equal to one, so that is: 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: Thus, only one of the factors, e.g. F2 be specified as a shift factor. The relationship between shift factor F2 and the resulting phase angle is shown in FIG. It shows a region-wise cosinusoidal dependence according to the following formula:
(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: (pres = (COS (180 ° + F2 * 180 °) + 1) * ((psin2 - (psinl) 12 (Formula 2) By converting the formula, it is therefore possible to carry out a calculation of F2 for a desired phase position (pres.) The addition of the factorized individual signals results at the output of the first adder (see A1 in Fig. 2 and step 130 in Fig. 3). the following resulting sinusoidal signal:
Sinres = (1 -F2) * Sin1 + F2 * Sin2 (Formel 3) Sinres = (1-F2) * Sin1 + F2 * Sin2 (Formula 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: It should be noted that the variation of the amplitude does not depend linearly on the angular displacement, but follows a particular function, which is shown in Fig. 6 and which also can not be approximated by a trigonometric function. Therefore, the following approach is used to determine the amplitude:
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: Since a sinusoidal signal has its maximum function value at 90 degrees, only the function value at the corresponding location needs to be calculated to determine the value of the amplitude. It should be noted that the signal whose amplitude is to be calculated to be shifted by any angle between the phase angles of the individual signals sin1 and sin2. Thus, the amplitude can be calculated using the following formula:
A = (1 -F2) * sin1 (P1 ) + F2 * sin2 (P1 ) 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) = (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)  (Formula 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) FIG. 7 shows these relationships using the example of a function value to be calculated. By means of the calculated amplitude A, the signal can be normalized such that its amplitude has the value one for all shifts. The inverse value 1 / A corresponds to the normalization factor F3. The normalization takes place in the multiplier M2 (see Fig. 2) or in step 140 (see Fig. 3). This results in the following formula: Sinres = ((1-F2) * Sin1 + F2 * Sin2) * F3 (Formula 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 sinusförmigesWith the aid of this formula, it is possible, by means of two sinusoidal signals with the amplitude 1 and an arbitrary phase position φ (φΐ <φ <φ 2) which are phase-shifted with one another, to produce a resulting sinusoidal
Kompensationssignal KS = sinres zu erzeugen, das eine gewünschte Phasenlage Compensation signal KS = sinres to produce the desired phase position
(pres und eine gewünschte max. Amplitude Amax = F3 aufweist. Das resultierende(pres and a desired maximum amplitude Amax = F3.) The resulting
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). Compensation signal KS is then subtracted from the noisy sensor signal HS, resulting in the suppressed sensor signal HS 'results (see Fig.2 and step 150 in Figure 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. In multi-phase systems (e.g., three-phase motors), due to the constraint (φΐ <φ <φ2), it may be necessary to first select the appropriate phase currents for compensation.
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). This is described below using the example of a fourth-order interference signal in a three-phase system: this means that a fourth-order error is to be compensated in a three-phase system and therefore the phase difference between the individual sine signals is 30 degrees (= 360 degrees / 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. Due to the fact that it is a fourth-order signal, the phase angle can be limited by subtracting all multiples of 90 degrees to a range of 0 to 90 degrees.
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). Since only a range of 30 degrees can be covered with a fixed selection of two phase currents used for compensation, an area distinction must first be made. FIG. 8 and the table TAB below illustrate this. Depending on the area in which the determined phase angle is, the corresponding Phase currents used for signal generation (see also TAB in Fig. 2 and step 1 10 in Fig. 3).
Die Zuordnung wird folgender Tabelle TAB entnommen: The assignment is taken from the following table TAB:
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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. After the area discrimination, the signal to be generated need only be shifted in a range of 0 to 30 degrees. The necessary parameters (shift factor VF = F2 and normalization factor NF = F3) can be calculated according to the above formulas.
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. Thus, with the described measures and formulas, an arbitrarily shifted sinusoidal signal having the same order as that of the generated sinusoidal signals sin1 and sin2 can be generated, wherein the amplitude can be normalized to one.
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 denIn order to be able to compensate the interference field influences by the field-causing currents, the relationship between the amplitude of the phase current and the amplitude of the interference signal must be determined. This can e.g. metrologically or by means of a simulation. The relationship between phase current and noise amplitude is determined by the
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: Störfelderinflussfaktor SF represents. If this is multiplied by the formula 5, then the following formula results for the compensation of the interference signal of the fourth order, wherein sin1 and sin2 are selected from the aforementioned table TAB:
KS = ((1 -VF)*sin1 + VF*sin2) * NF*SF KS = ((1 -VF) * sin1 + VF * sin2) * NF * SF
= ((1 -F2)*sin1 + F2*sin2) * F3, wobei F3 = NF*SF (Formel 6) = ((1-F2) * sin1 + F2 * sin2) * F3, where F3 = NF * SF (Formula 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. Accordingly, only three multiplications and one addition are required for the generation of the compensation signal KS (see also Fig. 2). The so generated Compensation signal KS then only needs to be subtracted from the disturbed sensor signal HS.
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. In other words, it is proposed that a compensation signal KS be generated essentially by a factorized addition of two sinusoidal signals sin1 and sin2. It is exploited that the addition of phase-shifted sine signals with the same frequency, again give a sinusoidal signal with this frequency. If the signals sin1 and sin2 are multiplied by factors before addition, here with F1 or F2, then the phase position of the resulting sine signal (at the output of the adder A1) can be shifted. If this sinusoidal signal is then multiplied by a factor F3, the result is a sinusoidal compensation signal KS with a predefinable phase position and with a normalized amplitude that has been optimized for the interference field.
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. Overall, only three multiplications and two additions are needed for compensation. This, in turn, means much less computing power than, for example, compensation by signal superposition or vector addition. In addition, because the currents causing the interference field are used directly here as a reference variable in the compensation, there is the advantage of a direct coupling between cause and effect. As a result, the susceptibility of the compensation itself is reduced.
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. In the circuit ESK shown in FIG. 2, three multiplication stages and two adder stages are shown by way of example. The realization may e.g. be implemented by an application-specific integrated circuit (ASIC), which is integrated approximately in the control unit ECU for the engine of an electric steering. Alternatively, the invention may also be implemented by means of a programmed microcontroller or the like.
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 gestörtenIn summary, a method and devices operating thereafter are proposed, in particular a circuit ESK which generates a compensation signal KS by a factorized addition of two sinusoidal signals sin1, sin2. It is exploited that in an electric power steering system Sinusoidal drive currents lu, Iv, Iw are already available and that the addition of phase-shifted sine signals with the same frequency, again results in a sine signal with this frequency. The signals sin1, sin2 are multiplied by factors F 1, F2 prior to addition, whereby the phase position of the resulting sine signal or sum signal at the output of the adder A1 is shifted. This sum signal is then multiplied by a factor F3, which corresponds to both the amplitude normalization and adaptation to the interference field, in order finally to obtain a sinusoidal compensation signal KS with a predefinable phase position and with normalized and optimized to the interference field amplitude. The compensation signal KS is then disturbed by the
Sensorsignal HS subtrahiert. Sensor signal HS subtracted.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
SAN Sensoranordnung SAN sensor arrangement
H1 , H2 Hall-Sensoren H1, H2 Hall sensors
MR magnetoresistiver Sensor  MR magnetoresistive sensor
N, S Nord- bzw. Südpol (Feldgeberring)  N, S north or south pole (field ring)
HS Sensorsignal  HS sensor signal
KS Kompensationssignal  KS compensation signal
HS' Störfeld-kompensiertes Sensorsignal HS 'interference field compensated sensor signal
ECU Steuergerät mit: ECU control unit with:
ESK Schaltung zur Kompensation ESK circuit for compensation
MEM Speicher für Tabelle TAB MEM memory for table TAB
M1 , M2, M3 Multiplikatoren zur Faktorisierung F1 , F2 und F3 M1, M2, M3 multipliers for factorization F1, F2 and F3
A1 , A2 Addierer  A1, A2 adder
100 Verfahren zur Störfeld kompensation 100 method for interference field compensation
1 10 Schritt zur Erzeugung von Sinussignalen 1 10 Step for generating sinusoidal signals
120 Schritt zur Faktorisierung der Sinussignale (Verschiebungsfaktor)120 step to factorize the sinusoidal signals (shift factor)
130 Schritt zur Bildung eines Summensignal durch 130 step for forming a sum signal
Addition der faktorisierten Sinussgnale  Addition of the factorized sine wave
140 Schritt zur Faktorisierung des Summensignals (Normierungsfaktor) zur Bildung des Kompensationssignals 140 step for factoring the sum signal (normalization factor) to form the compensation signal
150 Schritt zur Kompensation durch Subtraktion des 150 step to compensate by subtracting the
Kompensationssignals von dem Sensorsignal  Compensation signal from the sensor signal

Claims

Patentansprüche claims
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 1 . Method (100) for interference field compensation in a sensor signal (HS) generated by a sensor arrangement (SAN) for determining a steering angle and / or torque in a steering line of a (4) with a
Elektromotor (M) ausgestatteten elektrischen Hilfskraftlenkung (1 ) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass  Electric motor (M) equipped electric power steering system (1) is generated, characterized in that
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.  the sensor signal (HS) generated by the sensor arrangement (SAN) is supplied with a compensation signal (KS) which is generated by adding (130) two sinusoidal signals (sin1, sin2) of equal frequency, the signals (sin1, sin2) being composed of drive currents ( lu, Iv, Iw) of the electric motor (EM) are derived.
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. 2. Method (100) according to claim 1, characterized in that in a first step (110) a first sinusoidal signal (sin1) and a second sinusoidal signal (sin2) are generated from two drive currents (lu, Iv), the same Frequency (fO), but different phase angles (φ1, φ2) have.
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. 3. The method (100) according to claim 1 or 2, characterized in that the electric motor (EM) is a polyphase n-pole induction motor, which is operated with k sinusoidal drive currents (lu, Iv, Iw), each by 2π / (k * n) are out of phase with each other.
4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur 4. The method (100) according to claim 3, characterized in that the
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)  Generation of the two sinusoidal signals (sin1, sin2) as a function of which different phase positions (φ1, φ2) they should have, two of the sinusoidal drive currents (lu, Iv) are used, in particular by means of a look-up table (TAB)
herangezogen werden.  be used.
5. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch 5. The method (100) according to any one of claims 2 to 4, characterized
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. characterized in that in a second step (120) the sinusoidal Signals (sin1, sin2) are factohosiert by the first and second signals are multiplied by a respective first and second factor (F1, F2), wherein the sum of the factors gives the value one.
6. Verfahren (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Schritt (130) die faktorisierten Signale zu einem sinusförmigen Summensignal addiert werden. 6. Method (100) according to claim 5, characterized in that in a third step (130) the factorized signals are added to a sinusoidal sum signal.
7. Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 7. Method (100) according to claim 6, characterized in that the
Faktoren (F1 , F2) Verschiebungsfaktoren entsprechen und so bestimmt werden, dass das sinusförmige Summensignal eine für die  Factors (F1, F2) correspond to shift factors and are determined so that the sinusoidal sum signal is one for the
Störfeld kompensation gewünschte Phasenlage ((pres) aufweist, wobei diese Phasenlage zwischen den Phasenlagen (φ1 , φ2) liegt.  Interference compensation desired phase position ((pres) has, wherein this phase position between the phase positions (φ1, φ2) is located.
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. 8. Method (100) according to claim 6 or 7, characterized in that in a fourth step (140) the sinusoidal sum signal is factored by multiplying the sum signal by a third factor (F3), resulting in the compensation signal (KS) ,
9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Faktor (F3) einem Normierungsfaktor entspricht.... 9. Method (100) according to claim 8, characterized in that the third factor (F3) corresponds to a normalization factor ....
10. Verfahren (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Schritt (150) das Sensorsignal (HS) mit dem 10. The method (100) according to claim 8 or 9, characterized in that in a fifth step (150), the sensor signal (HS) with the
Kompensationssignal (KS), das dem faktorisierten Summensignal entspricht, beaufschlagt wird.  Compensation signal (KS), which corresponds to the factorized sum signal, is applied.
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. 1 1. Method (100) according to claim 10, characterized in that the sensor signal (HS) with the compensation signal (KS) is applied by the compensation signal (KS) is subtracted from the sensor signal (HS), whereby an interference field-compensated sensor signal (HS ') results.
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 12. Electronic circuit (ESK) for interference field compensation in a sensor signal (HS), which generates a sensor arrangement (SAN) for determining a steering angle and / or torque in a steering column (4) of an electric power steering system (1), which is connected to an electric motor ( M), characterized in that
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  the circuit (ESK) generates a compensation signal (KS) by means of addition (130) of two sinusoidal signals (sin1, sin2) of equal frequency by the circuit (ESK) producing the sinusoidal signals (sin1, sin2)
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.  Drive currents (lu, Iv, Iw) of the electric motor (EM) derived, and that the circuit (ESK), the signal generated by the sensor array (SAN) sensor signal (HS) with the compensation signal (KS) applied.
13. Steuergerät (ECU) für eine elektrische Hilfskraftlenkung (1 ), wobei das Steuergerät (ECU) eine elektronische Schaltung (ESK) zur 13. Control unit (ECU) for an electric power steering system (1), wherein the control unit (ECU) an electronic circuit (ESK) for
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  Interference compensation in a sensor signal (HS), which generates a sensor arrangement (SAN) for determining a steering angle and / or torque in a steering line (4) of the electric power steering system (1), which is equipped with an electric motor (M), characterized that
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  the circuit (ESK) generates a compensation signal (KS) by means of addition (130) of two sinusoidal signals (sin1, sin2) of equal frequency by the circuit (ESK) producing the sinusoidal signals (sin1, sin2)
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.  Drive currents (lu, Iv, Iw) of the electric motor (EM) derived, and that the circuit (ESK), the signal generated by the sensor array (SAN) sensor signal (HS) with the compensation signal (KS) applied.
14. Elektrische Hilfskraftlenkung (1 ), die mit einem Elektromotor (EM) 14. Electric power steering (1) equipped with an electric motor (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 equipped with a sensor arrangement (SAN) which generates at least one sensor signal (HS) for determining a steering angle in a steering line (4) of the power steering system (1), and the electronic circuit (ECU) connected to the sensor arrangement (SAN). for interference field compensation in the sensor signal (HS), characterized in that the circuit (ECU) generates a compensation signal (KS) by means of addition (130) of two equal-frequency sinusoidal signals (sin1, sin2) by the circuit (ECU) outputting the sinusoidal signals (sin1, sin2)
Antriebsströmen (lu, Iv, Iw) des Elektromotors (EM) ableitet, und dass die Schaltung (ECU) das von der Sensoranordnung (SAN) erzeugteDriving currents (lu, Iv, Iw) of the electric motor (EM) derived, and that the circuit (ECU) generated by the sensor assembly (SAN)
Sensorsignal (HS) mit dem Kompensationssignal (KS) beaufschlagt. Sensor signal (HS) with the compensation signal (KS) acted upon.
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