WO2024083430A1 - Sensorsystem zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines um mindestens eine rotationsachse rotierenden elements - Google Patents

Sensorsystem zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines um mindestens eine rotationsachse rotierenden elements Download PDF

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WO2024083430A1
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sensor
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output signal
inductive
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Andre Yashan
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01P3/489—Digital circuits therefor

Definitions

  • asynchronous machines or synchronous machines are often used, each of which consists of a stationary stator and a rotating rotor.
  • the stator usually has three winding strands, offset from one another by 120°/p, for example, where p represents a number of pole pairs.
  • the rotor usually consists of electrically conductive rods that are short-circuited at the ends in a ring shape. When a rotor field rotates, a voltage can be induced in the rods, which causes a current flow, which in turn builds up a counter magnetic field and causes a rotary movement. The induced voltage is zero when the rotor field and stator rotate at the same speed.
  • a speed difference occurs, which is referred to as slip and which defines the torque of the motor.
  • the rotor comprises a rotor that carries an excitation coil in which a direct current flows and generates a static magnetic field.
  • a permanent magnet can be used as a rotor. This is then a permanently excited synchronous machine, which has a higher efficiency due to the powerless excitation and can therefore be more suitable for traction applications.
  • the speed of the rotor can, in principle, be identical to the speed of an excitation field.
  • the torque can depend on a phase offset, i.e. an angle difference between the stator field and the rotor.
  • the speed of the rotor In order to control the torque, control an inverter and provide the corresponding stator coil signals, the speed of the rotor must be known for asynchronous machines and the absolute angular position of the rotor for synchronous machines. In both cases, synchronous machines and asynchronous machines, the direction of rotation must also be determined, particularly for reasons of functional safety. The maximum power of the machine can also be limited by a stator and rotor temperature.
  • resolvers In order to determine the rotor position, it is known to use so-called resolvers.
  • This is an electromagnetic measuring transducer in which a rotor package is mounted on the motor shaft at a fixed speed.
  • An excitation coil and several receiver coils are mounted on a stator in a circular ring.
  • the excitation coil is supplied with an alternating voltage signal and permeates the entire arrangement with an alternating electromagnetic field.
  • a sinusoidal amplitude-modulated voltage can be induced in a first receiver coil, while a cosinusoidal amplitude-modulated voltage is induced in a second receiver coil.
  • the excitation signal can be provided and the signals read out within the power electronics or dedicated components within a control unit for motor control.
  • resolvers require a relatively large amount of installation space, require complex signal provision and processing, and must be mounted with very small mechanical tolerances in order to achieve sufficiently high accuracy. For these reasons, system costs can be correspondingly high. Furthermore, due to space constraints, it may not be possible to mount a redundant receiving coil system on the stator of the resolver in order to ensure the availability of the sensor. increase. A sensor failure can cause the vehicle to break down.
  • a rotor position sensor is used, for example, to detect the rotor position in electric motors for efficient and safe control by an inverter of a motor control unit.
  • the inverter calculates the angular position of the rotor based on the signals from the rotor position sensor.
  • ASICs application-specific integrated circuits
  • a sensor system for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation is therefore proposed, which at least largely avoids the disadvantages of the previously described sensors or sensor systems and which in particular meets the requirements for functional safety while avoiding redundancies in the sensor system.
  • first and second and their grammatical equivalents are to be understood in the context of the present invention as pure designations in order to be able to conceptually distinguish components or features, and in particular are not intended to provide any information about an order or weighting of components or features.
  • a "sensor” is understood to mean any device that is suitable for detecting at least one measured variable.
  • a “system” can be understood to mean any device that has at least two components.
  • a sensor system for determining the rotational property is accordingly understood to mean a sensor system that is set up to detect, for example measure, the at least one rotational property and which can, for example, generate at least one electrical signal corresponding to the detected property, such as a voltage or a current, and can output this to a control unit. Combinations of properties can also be detected.
  • a "rotational property” is generally understood to mean a property that at least partially describes the rotation of the rotating element. This can be, for example, an angular velocity, a speed, an angular acceleration, an angular position or another property that can at least partially characterize a continuous or discontinuous, uniform or non-uniform rotation or rotation of the rotating element.
  • the rotational property can be a position, in particular an angular position, a speed, an angular acceleration or a combination of at least two of these quantities.
  • an "angular position” is understood to mean basically an angle of rotation of a rotatable device, for example the rotating element or a sensor wheel, with respect to an axis perpendicular to the axis of rotation.
  • the sensor system can be designed in particular for use in a motor vehicle, in particular for traction applications for electrical machines.
  • a "rotating element" is understood to mean any element that rotates about at least one axis.
  • the rotating element can be a shaft, for example a shaft in a drive machine, for example a camshaft or a crankshaft.
  • an angular position of a camshaft or a rotational speed of a camshaft or an angular acceleration of a camshaft or a combination of at least two of these variables can be determined.
  • Other properties and/or other combinations of properties can also be detected.
  • the sensor system comprises a control unit.
  • a "control unit” can basically be understood as an electronic module that is installed primarily in places where something has to be controlled or regulated. Control units are used in the automotive sector in all imaginable electronic areas, as well as for controlling machines, systems and other technical processes. Control units generally work according to the EVA principle. EVA stands for input-processing-output. Sensors are available for the input. These determine a physical parameter such as speed, pressure, temperature, etc. This value is compared with a target value entered or calculated in the control unit. If the measured value does not match the stored value, the control unit uses actuators to adjust the physical process so that the measured actual values again match the target values. The actuators therefore intervene in a running process to make corrections.
  • the provision of the excitation signal and the reading of the signals within the power electronics can or dedicated modules within a control unit for engine control.
  • the sensor system further comprises at least one inductive position sensor, which is designed to detect at least one piece of information about the rotational property of the rotating element and to output at least one position sensor signal, which has the at least one piece of information about the rotational property.
  • an “inductive position sensor” can basically be understood to mean any sensor that can generate information, in particular a signal, corresponding to a detected property, in particular a measurement signal, in particular an electrical measurement signal, for example a voltage or a current, wherein the generation of the measurement signal is based on a change in a magnetic flux.
  • the detected property can include a position, for example an angular position.
  • the inductive position sensor can be an inductive magnetic sensor.
  • the inductive position sensor can be an inductive rotor position sensor or rotor position sensor.
  • the present invention particularly includes inductive sensors that do not require a permanent magnet, sensors with at least one excitation coil and a receiver coil.
  • the sensor system further comprises an inductive speed sensor which is designed to detect at least one piece of information about a speed of the rotating element and to output at least one speed sensor signal which has the at least one piece of information about the speed.
  • an “inductive speed sensor” can basically be understood to mean any sensor which can generate information, in particular a signal, corresponding to a detected speed of the rotating element, in particular a measurement signal, in particular an electrical measurement signal, for example a voltage or a current, wherein generation of the measurement signal is based on a change in a magnetic flux.
  • the inductive speed sensor can be an inductive incremental encoder.
  • the present invention particularly includes inductive sensors that do not require a permanent magnet, sensors with at least one excitation coil and one receiver coil.
  • a “rotational speed (also rotation frequency or rotational frequency)” can basically be understood as a value that indicates the number of revolutions in a period of time in relation to this period of time in the case of - preferably mechanical - rotary movements. It is, for example, an essential property in the identification of the performance parameters for engines. In technology, the specification is usually made in revolutions per minute (1/min), in physics it is more likely to be in revolutions per second (1/s).
  • the sensor system further comprises at least one evaluation unit which is set up to process the position sensor signal and to generate at least one first output signal which has the at least one piece of information about the rotational property.
  • the evaluation unit is further set up to process the speed sensor signal and to generate at least one second output signal which has the at least one piece of information about the speed.
  • An “evaluation unit” can generally be understood to mean an electronic device which is set up to evaluate signals generated by the inductive position sensor. For example, one or more electronic connections between the inductive position sensor and/or the inductive speed sensor and the evaluation unit can be provided for this purpose.
  • the evaluation unit can, for example, comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller.
  • the data processing device can have one or more volatile and/or non-volatile data memories, wherein the data processing device can, for example, be set up in a program to control the inductive position sensor and/or speed sensor.
  • the evaluation unit can, for example, be set up centrally or decentrally.
  • the speed sensor electronics can be integrated with discrete components in the ASIC of the evaluation unit or in a Speed sensor ASIC can be integrated, possibly in a common ASIC for the position sensor and the speed sensor. Other designs are also conceivable.
  • the signal evaluation in the evaluation unit can be carried out in such a way that the evaluation unit evaluates all received signals and converts them into output signals.
  • the signals can be analog, digital or one analog and one digital.
  • the sensor system is configured to verify the plausibility of the first output signal by comparing the first output signal with the second output signal.
  • the inductive speed sensor can be configured to communicate with the control unit.
  • the evaluation unit can be connected to the control unit by means of at least one first output line.
  • the evaluation unit can be set up to output the first output signal and the second output signal to the control unit via the first output line.
  • the signal transmission of the position information and the plausibility value thus takes place via at least one common line.
  • the evaluation unit can be connected to the control unit by means of at least one first output line and one second output line.
  • the evaluation unit can be set up to output the first output signal to the control unit via the first output line and the evaluation unit can be set up to output the second output signal to the control unit via the second output line.
  • the signal transmission of the position information and the plausibility value thus takes place via separate, dedicated lines.
  • the control unit can have the inductive speed sensor.
  • the position sensor can have the inductive speed sensor.
  • the inductive speed sensor can be a separate sensor or integrated with the position sensor to form a unit.
  • the inductive speed sensor can be connected to the control unit by means of at least one voltage interface or current interface.
  • the speed sensor can be electrically contacted with its signal output via at least one voltage interface, such as with a pull-up resistor, at the control unit input or via at least one current interface, such as a so-called two-wire interface.
  • an electrical interface to the control unit for the position sensor and the speed sensor can be realized with 5 or 6 lines.
  • the inductive speed sensor can have one output line or two output lines.
  • the speed sensor can be designed with one or two output signal lines depending on the complexity of the electronics, the requirement for detecting the direction of rotation, etc.
  • the inductive speed sensor can have at least one coil arrangement.
  • the coil arrangement can comprise at least one excitation coil and at least one receiver coil.
  • the coil arrangement can comprise at least one excitation coil and at least two receiver coils.
  • a "coil arrangement” can basically be understood as any device that comprises at least one coil.
  • a “coil” is basically understood as any component that has an inductance and is suitable for generating a magnetic field when current flows and/or vice versa.
  • a coil can comprise at least one completely or partially closed conductor loop or winding.
  • an "excitation coil” can basically be understood as a coil that generates a magnetic flux when an electrical voltage and/or an electrical current is applied.
  • the excitation coil can have at least one excitation winding.
  • a "receiver coil” is basically understood as a coil that is set up to Coupling between excitation coil and receiver coil to generate a signal which depends on the inductive coupling.
  • the application-specific integrated circuit may be configured to provide an excitation signal for the excitation coil of the coil arrangement of the inductive speed sensor.
  • the inductive speed sensor may comprise a vibration generator configured to provide an excitation signal for the excitation coil of the coil arrangement of the inductive speed sensor.
  • the inductive speed sensor may include a high frequency amplifier for adjusting an operating frequency of the excitation signal, a demodulator for demodulating a receiver signal of the receiver coil, a low pass filter for low pass filtering the demodulated receiver signal, and a post amplifier for amplifying the receiver signal and converting the receiver signal into a rectangular waveform.
  • the inductive speed sensor and the position sensor can be designed to be electrically contacted with an electrical energy source by means of a common voltage and ground connection, or to be at least partially electrically isolated from an electrical energy source by means of a voltage and ground connection.
  • a voltage supply and ground connection can thus be provided jointly for the position sensor and speed sensor or also galvanically isolated, such as only for the voltage supply or ground connection or completely galvanically isolated.
  • the evaluation unit or the inductive speed sensor can have at least one application-specific integrated circuit (ASIC) that is set up to process the speed sensor signal and to output at least one second output signal.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the ASIC can be arranged on a circuit carrier.
  • An "application-specific integrated circuit” (ASIC) can be understood as basically any electronic circuit that has been implemented as an integrated circuit.
  • the control unit can be set up to check the plausibility of the first output signal by comparing the first output signal with the second output signal. Thus, by using signals from the speed sensor in the control unit itself, the signals from the position sensor can be checked for plausibility by the control unit.
  • the position sensor can further comprise a plausibility check circuit, wherein the plausibility check circuit is configured to check the plausibility of the first output signal by comparing the first output signal with the second output signal. This enables the plausibility check of the two signals by means of one circuit.
  • the evaluation unit can be set up to output the plausibility-checked first output signal to the control unit. This means that only a signal that has already been plausibility-checked is transmitted to the control unit, so that the calculation of a rotor position, for example, can be carried out precisely.
  • the inductive position sensor can have at least one circuit carrier.
  • a “circuit carrier” can be understood to mean a device on which at least one electrical component can be arranged.
  • the circuit carrier can be designed to be flexible.
  • the circuit carrier can comprise a flexible material.
  • the circuit carrier can in particular be selected from the group consisting of: a circuit board, in particular a rigid-flex circuit board, for example a curved rigid-flex circuit board; a rigid circuit board, in particular a rigid circuit board with notches; a circuit card; a circuit board and a printed circuit, in particular a “printed circuit board” (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the circuit carrier can be arranged essentially coaxially to the rotation axis.
  • the circuit carrier can, for example, surround a sensor wheel or a circular segment of the sensor wheel of a sensor system described below in an essentially circular or circular segment-shaped manner.
  • the term “essentially circular” is used in the context of the In the present invention, it is fundamentally understood that the component described has a radius of curvature.
  • the radius of curvature can vary within the component by a value of 0% to 80%, preferably from 0% to 50%, more preferably from 0% to 20% and particularly preferably from 0% to 5%. In particular, the radius of curvature can also be constant.
  • the circuit carrier can also be composed of two or more segments, which can each be designed to be flat or curved, for example, and which can be connected to one another, for example.
  • the segments as a whole can then also be arranged coaxially to the axis of rotation, even if the individual segments are then arranged tangentially, for example.
  • the circuit carrier can be arranged in a housing, in particular in an injection-molded housing.
  • the inductive position sensor can have at least one coil arrangement which is arranged on the circuit carrier.
  • the coil arrangement can comprise at least one excitation coil and at least two receiver coils.
  • a "coil arrangement" can basically be understood as any device which comprises at least one coil.
  • a “coil” is basically understood as any component which has an inductance and is suitable for generating a magnetic field when current flows and/or vice versa.
  • a coil can comprise at least one completely or partially closed conductor loop or winding.
  • an "excitation coil” can basically be understood as a coil which generates a magnetic flux when an electrical voltage and/or an electrical current is applied.
  • the excitation coil can have at least one excitation winding.
  • a "receiver coil” is basically understood as a coil which is set up to generate a signal based on an inductive coupling between the excitation coil and the receiver coil, which signal is dependent on the inductive coupling.
  • the coil arrangement can have a receiver coil system.
  • a "receiver coil system” can basically be understood as any device that comprises at least two receiver coils.
  • the excitation coil can be designed to be essentially circular. With regard to the term “essentially circular”, reference is made to the above definition.
  • the excitation coil and the receiver coils can be designed as described in DE 10 2017 210 655.7, filed on June 23, 2017.
  • the receiver coils can essentially completely encircle the axis of rotation in a circumferential direction, with each receiver coil being formed by a plurality of adjacent partial turns, with adjacent partial turns being oriented in opposite directions with respect to the direction of current flow.
  • Each partial turn is formed with respect to a radial direction extending outward from the axis of rotation from sections of at least two circular arc-shaped conductor tracks curved to the left and from sections of at least two circular arc-shaped conductor tracks curved to the right. All left-curved and all right-curved conductor tracks have the same radius of curvature.
  • All left-curved conductor tracks and all right-curved conductor tracks extend between two concentric circles around the axis of rotation, a first circle with a first radius and a second circle with a second radius, with a third circle being given which is concentric to the first circle and has a third radius which results from the mean value of the first radius and the second radius, with a first right-curved conductor track running through three points: through a first point which lies on the first circle; through a second point which lies on the third circle and is rotated in the circumferential direction by a quarter of the measuring range compared to the first point; and through a third point which lies on the second circle and is rotated in the circumferential direction by half the measuring range compared to the first point.
  • the further right-curved conductor tracks result from the preceding right-curved conductor track by a rotation around the axis of rotation by half the measuring range in the circumferential direction.
  • the left-curved conductor tracks are created by mirroring the right-curved conductor tracks on a radial line that extends from the axis of rotation through the intersection point of the respective right-curved conductor track with the third circle.
  • a partial turn of a receiver coil can be defined as a part of the receiver coil that is surrounded by conductor tracks of the receiver coil that do not intersect each other. The The orientation of a partial turn is determined by the flow of current through the receiver coil. Partial turns that are oriented in opposite directions each have opposite current flows when current flows through the receiver coil, i.e.
  • a partial turn can be constructed, for example, like a rhombus with curved side surfaces.
  • the four side surfaces of such a rhombus can, for example, be formed by two sections each of two left-curved conductor tracks and two right-curved conductor tracks.
  • the direction of current flow can be opposite to one another in at least two sections of the left-curved conductor tracks that form a partial turn.
  • the direction of current flow can be opposite to one another in at least two sections of the right-curved conductor tracks that form a partial turn.
  • the structure of the partial windings is to be understood in such a way that an imaginary straight line that starts from the axis of rotation and runs in a radial direction intersects a circular arc-shaped conductor track of the receiver coil that is curved to the left and to the right when the straight line runs through the interior of the receiver coil.
  • the amplitude of the alternating voltage induced in the receiver coil or the measurement signal depends essentially on the angle of rotation as a sine function.
  • the inductive position sensor can comprise a number of n receiver coils, where n is a positive integer.
  • the generated sinusoidal signals of the n receiver coils can be phase-shifted with respect to one another.
  • neighboring sinusoidal signals can have a phase spacing of 2n/(n) and/or 360°/(n) for n>3.
  • neighboring sinusoidal signals from exactly two receiver coils can have a phase spacing of 90°.
  • neighboring sinusoidal signals from exactly three receiver coils can have a phase spacing of 120°.
  • the evaluation unit can be or include at least one application-specific integrated circuit (ASIC).
  • the ASIC can be arranged on the circuit carrier.
  • An "application-specific integrated circuit" (ASIC) can be understood as any electronic circuit that has been implemented as an integrated circuit.
  • the application-specific integrated circuit can be set up to provide an excitation signal for the excitation coil.
  • the application-specific integrated circuit can be arranged on the circuit carrier and connected to exactly one excitation coil and at least two receiver coils. “Providing an excitation signal” can be understood to mean that the application-specific integrated circuit is set up to generate the excitation signal and/or that the application-specific integrated circuit is set up to apply the excitation signal to the excitation coil.
  • an “excitation signal” can be understood to mean an electrical signal, in particular at least one alternating voltage and/or at least one alternating current.
  • the excitation signal can be a substantially sinusoidal excitation signal.
  • “sinusoidal” is understood to mean basically any shape that has a course of a sine curve.
  • a course of a complete sine curve can be included or just a part of a sine curve.
  • “Substantially sinusoidal” can be understood to mean embodiments with a completely sinusoidal course, whereby deviations are conceivable which amount to no more than 20%, in particular no more than 10% or even no more than 5% of the absolute value of the sinusoidal shape.
  • a “complete sinusoid” can be understood in particular to mean a course of a sinusoidal curve which comprises at least one period. The sinusoidal curve can start at the zero point or any other point on the sinusoidal curve.
  • the sinusoidal shape can also be composed in sections from other functions, for example, so that an approximately sinusoidal shape results overall.
  • the excitation signal can have an amplitude in the range from 0.1 V to 10 V, preferably 5 V.
  • the excitation signal can have a frequency in the range from 1 MHz to 10 MHz, preferably 3.5 MHz.
  • the application-specific integrated circuit can have at least one Oscillator circuit.
  • the oscillator circuit can, for example, drive an LC oscillator in which the excitation coil and a capacitor act as frequency-determining elements.
  • the inductive position sensor can be set up to detect an inductive coupling and/or a change in an inductive coupling between the excitation coil and the at least one receiver coil.
  • the excitation coil can be set up to generate an alternating electromagnetic field in response to being applied with the excitation signal.
  • the excitation coil and the receiver coils can be coupled in such a way that the alternating electromagnetic field induces an alternating voltage in the receiver coils.
  • the receiver coils can be arranged such that the receiver coils generate signals dependent on the angle of rotation when the rotating element rotates at a constant angular velocity about the axis of rotation.
  • the application-specific integrated circuit can be set up to process signals generated by the receiver coils and to provide them as the at least one first output signal at at least one first output.
  • the designations “first” and “second” output signals are to be understood as pure designations and in particular do not provide any information about a sequence or whether further output signals are present.
  • “Processing” can basically be understood as any operation of a signal processing to generate an output signal, for example an evaluation, a filtering, a demodulating.
  • the signal processing can be digital and/or analog. Preferably, the signal processing can be purely analog.
  • the application-specific integrated circuit can in particular be set up to deduce an amount and a phase of the coupling by demodulating a signal induced in the receiver coils with a carrier signal, i.e.
  • a signal from the excitation coil also called the transmitting coil.
  • the amount can in particular vary continuously with the angle of rotation.
  • a phase position can be 0° or 180°, for example.
  • the application-specific integrated circuit can have at least one demodulation device which is set up to To demodulate signals from the receiver coils, in particular synchronously.
  • Demodulating can include multiplying by the excitation signal. For example, multiplying the amount by a cosine function can produce a preferably offset-free sin/cos system, in particular when using two receiver coils with a 90° phase offset relative to the measuring range.
  • a three-phase sine signal can in particular be produced, which can be converted into a sin/cos system, for example, by applying the Clarke transformation.
  • the angle of rotation can then be determined using the arctangent function.
  • the application-specific integrated circuit can have at least one low-pass filter.
  • the low-pass filter can have a cutoff frequency in the range of 50 kHz to 500 kHz, preferably 100 kHz. The lower cutoff frequency can be significantly lower, since only offsets are to be compensated.
  • the application-specific integrated circuit can first demodulate the signals from the receiver coils and then filter them using the low-pass filter.
  • the application-specific integrated circuit can have at least one amplifier.
  • the amplifier can be set up to amplify the signals from the receiver coils, in particular the filtered signals. “Amplifying” can be understood as an increase in the amplitude of a signal.
  • the application-specific integrated circuit can also be set up to apply a DC (direct current) offset to the signals from the receiver coils.
  • the first output signal can be transmitted from the first output, for example via at least one electrical signal line, in particular a cable, to the control unit, in particular a controller designed separately from the circuit carrier.
  • the sensor system can have at least one sensor wheel that can be connected to the rotating element.
  • a “sensor wheel” can basically be understood as any component that can be connected to the rotating element and that is designed to cause at least one measurable signal, in particular a magnetic field change, per revolution of the rotating element when connected to the rotating element.
  • the sensor wheel can, for example, be permanently or reversibly connected or connectable to the rotating element or can also be formed in one piece with the rotating element or integrated into the rotating element.
  • the sensor wheel can have a sensor wheel profile.
  • a "sensor wheel profile” can basically be understood as a totality of profile elements and of intermediate spaces arranged between the profile elements.
  • a “profile element" of the sensor wheel can basically be understood as any shape of the contour of the sensor wheel, in particular a bulge, for example a pin-shaped, a tooth-shaped or a jagged bulge, or a notch or a recess, for example a hole.
  • the sensor wheel can, for example, be designed to "shadow" areas of a receiver coil structure depending on its position. This allows a coupling between a transmitter coil structure and the receiver coils to be influenced depending on the angle of rotation.
  • a typical value range of a coupling factor can be, for example, -0.3 to +0.3.
  • a coupling factor can be understood in particular as an amplitude ratio between a received signal and a transmitted or excitation signal.
  • the coupling factor can in particular be sinusoidal with the angle of rotation.
  • the coil arrangement can surround the sensor wheel or at least one circular segment of the sensor wheel essentially in the shape of a circular segment or in a circle.
  • the coil arrangement in particular the coil arrangement arranged on the circuit carrier, can cover at least one profile element and at least one gap between two profile elements of the sensor wheel in at least one angular position of the sensor wheel.
  • the sensor wheel can be designed to be rotationally symmetrical.
  • the sensor wheel can have an identical number of electrically conductive vanes and electrically non-conductive or less conductive vanes and/or recesses.
  • the electrically conductive vanes can have a first opening angle ⁇ and the electrically non-conductive or less conductive vanes and/or recesses can have a second opening angle ⁇ .
  • a sum of the first and second The opening angle can correspond to a full angle measuring range of the inductive position sensor.
  • the first and second opening angles can be identical or different.
  • the encoder wheel can be attached to the rotating element by means of a screw and/or adhesive connection.
  • the control unit can be set up to deduce an angular position ⁇ D of the sensor wheel from signals from the receiver coils.
  • the sensor system in particular the inductive position sensor, can be set up to detect an inductive coupling and/or a change in an inductive coupling between the excitation coil and the at least one receiver coil.
  • the sensor system can be set up to detect the inductive coupling caused by a movement and/or a position of the sensor wheel and/or the change in the inductive coupling between the excitation coil and the receiver coils caused by a movement and/or a position of the sensor wheel.
  • the sensor system can in particular be set up to determine an absolute or relative angular position of the rotating element from the change in the inductive coupling between the excitation coil and the receiver coils caused by the movement and/or by a position of the sensor wheel.
  • a “relative angular position” can basically be understood to mean a position with respect to a period defined by the receiver coils.
  • the control unit can be set up to generate at least one quotient signal of at least two signals from at least two receiver coils.
  • the Clarke transformation can be used to calculate the angular position ⁇ D from three signals generated by three receiver coils.
  • the evaluation unit can have at least one evaluation circuit.
  • the evaluation circuit can be set up to evaluate the signals of the position sensor.
  • the evaluation circuit can be a processor, for example.
  • the evaluation unit can in particular be designed separately from the circuit carrier and can be connected to the circuit carrier via at least one connection, for example a cable.
  • the inductive position sensor can be configured to transmit the first output signal to the evaluation unit.
  • the inductive position sensor can be an inductive rotor position sensor.
  • the element rotating about the axis of rotation can be a rotor shaft of an electric motor.
  • the electric motor can be an electric motor of a motor vehicle.
  • the second output signal can in particular contain information about an acceleration and/or wheel speed of the motor vehicle.
  • a method for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation comprises the use of at least one sensor system.
  • the method comprises the following steps, preferably in the order given.
  • the method can also comprise further method steps.
  • the method steps are:
  • a computer program which, when run on a computer or computer network, carries out the method according to the invention in one of its embodiments.
  • a computer program with program code means is proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its embodiments when the program is executed on a computer or computer network.
  • the program code means can be stored on a computer-readable data carrier.
  • a data carrier is proposed on which a data structure is stored which, after being loaded into a working and/or main memory of a computer or computer network, can carry out the method according to the invention in one of its embodiments.
  • a computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier is proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its embodiments when the program is executed on a computer or computer network.
  • a computer program product is understood to mean the program as a tradable product. It can basically be in any form, for example on paper or a computer-readable data carrier, and can in particular be distributed via a data transmission network.
  • a modulated data signal is proposed which contains instructions executable by a computer system or computer network for carrying out a method according to one of the described embodiments.
  • the proposed device and the proposed method have numerous advantages over known devices and methods. For example, only one ASIC with a maximum of ASIL C is required to evaluate the inductive position sensor. There is potential for savings in hardware and software on the inverter side. There may be a resolution of other safety mechanisms / redundancies through higher integrity of the signal from the inductive position sensor. There is potential for savings in the overall system (vehicle level).
  • the proposed advantageous combination of the inductive rotor position sensor (angular position sensor) with a simple speed sensor offers an increase in the functional safety of the rotor position detection and is simpler and more cost-effective than a redundant rotor position sensor.
  • Figure 1 is a schematic representation of an arrangement of a sensor system according to the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a sensor system according to the invention according to a first embodiment
  • Figure 3 is a block diagram of the inductive position sensor and the inductive speed sensor
  • Figure 4 is a block diagram of the inductive position sensor and the inductive speed sensor of a sensor system according to the invention according to a second embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of a sensor system according to the invention according to a third embodiment
  • Figure 6 is a schematic representation of a sensor system according to the invention according to a fourth embodiment
  • Figure 7 is a schematic representation of a sensor system according to the invention according to a fifth embodiment.
  • Figure 8 is a schematic representation of a sensor system according to the invention according to a fifth embodiment.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an arrangement of a sensor system 110 according to the invention.
  • the sensor system 110 is set up to determine at least one rotational property of an element 114 rotating about at least one rotational axis 112.
  • the sensor system 110 can be set up in particular for use in a motor vehicle.
  • the element 114 rotating about the rotational axis 112 can be a rotor shaft 116 of an electric motor 118, such as an electric motor of a motor vehicle not shown in detail.
  • the sensor system 110 can be set up to detect at least one angular position or angular setting of the rotor shaft 116.
  • the sensor system has at least one inductive position sensor 120.
  • the inductive position sensor 120 is set up to detect at least one item of information about the rotational property of the rotating element 114 and to output at least one position sensor signal which has the at least one item of information about the rotational property.
  • the sensor system 110 further comprises at least one sensor wheel 122 that can be connected to the element 114 rotating about the rotation axis 112.
  • the sensor wheel 122 is thus attached to a front end 124 of the rotor shaft 116
  • the position sensor 120 is located on the front side opposite the sensor wheel 122.
  • the sensor system 110 further comprises at least one evaluation unit 126.
  • the evaluation unit 126 is configured to process the position sensor signal and to output at least one first output signal 127.
  • the evaluation unit 126 comprises at least one application-specific integrated circuit (ASIC) 128.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the evaluation unit 126 is arranged on or, more precisely, in the position sensor 120. In other words, the evaluation unit 126 can be part of the inductive position sensor 120 or connected to it.
  • the sensor system 110 also has a control unit 130.
  • the control unit 130 is set up to evaluate the first output signal.
  • the control unit 130 has an inverter 132.
  • the control unit 130 is in particular a motor control unit.
  • the inverter 132 can be integrated with the control unit 130 to form one component, but this is not absolutely necessary, so that they can also be separate from one another.
  • the control unit 130 is connected to both the electric motor 118 and the position sensor 120 via several lines 134.
  • the number of lines 134 is only indicated schematically. In principle, all known arrangements of lines 134 can be provided, i.e. from 4-pin to 12-pin designs.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a sensor system 110 according to the invention in accordance with a first embodiment.
  • Figure 2 shows in particular the position sensor 120 with the evaluation unit 126.
  • the inductive position sensor 120 has at least one circuit carrier 136 and at least one coil arrangement 138.
  • the coil arrangement 138 is arranged on the circuit carrier 136.
  • the coil arrangement 138 comprises at least one excitation coil 140 and at least two receiver coils 142, of which only one is shown for reasons of clarity.
  • the evaluation unit 126 is also arranged on the circuit carrier 136 and is connected to the excitation coil 140 and the receiver coils 142 via lines 143.
  • the evaluation unit 126 is set up to to process the signals generated by the receiver coils and to provide them as the first output signal 127 (Fig.
  • the evaluation unit 126 is also set up to provide an excitation signal for the excitation coil 140.
  • the excitation signal is a substantially sinusoidal excitation signal.
  • the excitation signal has, for example, an amplitude in the range from 0.1 V to 10 V and a frequency in the range from 1 MHz to 10 MHz.
  • the inductive position sensor 120 is connected to the control unit 130 via the lines 144.
  • the evaluation unit at the first output 144 is connected to the control unit 130 via at least one first output line 148.
  • the control unit 130 can also be connected to an inductive speed sensor 152 of the sensor system 100 via one or more lines 150. In this way, the inductive speed sensor 152 is configured to communicate with the control unit 130.
  • Figure 2 shows the control unit 130 in a state connected to the inductive speed sensor 152.
  • the inductive speed sensor 152 comprises internal electronics 154.
  • the inductive speed sensor 152 is configured to detect at least one piece of information about a speed of the rotating element 114 and to output at least one speed sensor signal which has the at least one piece of information about the speed.
  • the evaluation unit 126 is configured to process the speed sensor signal and to output at least one second output signal 155.
  • Figure 3 shows a block diagram of the inductive position sensor 120 and the inductive speed sensor 152 including the electronics 154 arranged therein.
  • Figure 3 shows in particular the coil arrangement 138 of the inductive position sensor 120 with the excitation coil 140 and the two receiver coils 142.
  • the evaluation unit 126 is connected to the excitation coil 140 and the receiver coils 142 via lines 138 as described above.
  • the evaluation unit 126 is set up to Signals to be processed and provided as the first output signal 127 at at least one first output 144, such as an analog or digital interface.
  • the first output signal 127 can be a combination of a sinusoidal signal 156 and a cosinusoidal signal 158. Accordingly, the evaluation unit 126 can have two first outputs 144.
  • the inductive speed sensor 152 has at least one coil arrangement 160.
  • the coil arrangement 160 comprises at least one excitation coil 162 and at least one receiver coil 164.
  • the inductive speed sensor 152 has an oscillation generator 166 which is designed to provide an excitation signal for the excitation coil 162 of the coil arrangement 160 of the inductive speed sensor 152.
  • the evaluation unit 126 is also arranged on the circuit carrier 136 and is connected to the excitation coil 162 and the receiver coil 164 via one or more lines 168.
  • the evaluation unit 126 is designed to process the signals generated by the receiver coil 164 and to provide them as the second output signal 155 to at least one second output 170, such as an analog or digital interface. Alternatively, the evaluation unit 126 can be configured to provide an excitation signal for the excitation coil 162.
  • the inductive speed sensor 152 has at least one application-specific integrated circuit 172 configured to process the speed sensor signal and to output the second output signal 155.
  • the inductive speed sensor 152 has a high-frequency amplifier 174 for setting an operating frequency of the excitation signal.
  • the operating frequency is 1.5 to 25 MHz and preferably 2.5 to 7.5 MHz.
  • the inductive speed sensor 152 also has a demodulator 176 for demodulating a receiver signal of the receiver coil.
  • the demodulator 176 can be a diode rectifier.
  • the inductive speed sensor 152 also has a low-pass filter 178 for low-pass filtering the demodulated receiver signal.
  • the low-pass filter 178 can be a passive low-pass filter.
  • the inductive speed sensor 152 further comprises a post-amplifier 180 for amplifying the receiver signal and converting the receiver signal into a square wave. Accordingly, the second output signal 155 is output as binary pulses.
  • the sensor system 110 is configured to check the plausibility of the first output signal by comparing the first output signal with the second output signal.
  • the control unit 130 is configured to check the plausibility of the first output signal by comparing the first output signal with the second output signal.
  • the ASIC 128 of the position sensor 120 generates the excitation signal for the excitation coil 140.
  • the position sensor 120 detects the angular position of the rotor shaft 116 and thus of the rotor as described above using the sensor wheel 122.
  • the position sensor 120 generates a position sensor signal.
  • the evaluation unit 126 receives the signals modulated by the passing sensor wheel 122 and demodulates them.
  • the position sensor signal is processed by the evaluation unit 126 and output as the first output signal to the control unit 130.
  • the evaluation unit 126 transmits the demodulated sine and cosine signals to the power electronics of the inverter 132 of the control unit 130 at the first output 144 via the first output line 148.
  • the inverter 132 of the control unit 130 then calculates the angular position of the rotor shaft 116 based on the first output signal.
  • the inductive speed sensor 152 detects a speed of the encoder wheel 122.
  • the speed sensor signal is received by the evaluation unit or the application-specific integrated circuit 172, demodulated, low-pass filtered, amplified and converted into a rectangular second output signal 155.
  • the second output signal 155 is then fed to the control unit 130.
  • the plausibility of the first output signal 127 is then carried out in the inverter 132 of the control unit 130, which compares the second output signal 155 with the first output signal 127 of the inductive position sensor 120.
  • the inductive position sensor 120 By implementing a physically independent monitoring mechanism, it is possible to detect a malfunction of the inductive position sensor 120 or its ASIC 128.
  • the signals of the inductive position sensor 120 can be compared using the sensor signals of the inductive speed sensor 152. Safety-critical malfunctions, such as unwanted acceleration, can thus be detected.
  • the control unit 130 or the inverter 132 then reacts by reverting to safe operating states.
  • Figure 4 shows a block diagram of the inductive position sensor 120 and the inductive speed sensor 152 of a sensor system 110 according to the invention in accordance with a second embodiment. Only the differences from the first embodiment are described below and identical or comparable components and features are provided with the same reference numerals.
  • the evaluation unit 126 or the application-specific integrated circuit 172 is set up to generate two second output signals 155.
  • the inductive speed sensor 152 has two second outputs 170.
  • the two second output signals 155 are phase-shifted or inverted relative to one another.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a sensor system 110 according to the invention in accordance with a third embodiment.
  • the inductive position sensor 120 and the inductive speed sensor 152 are integrated into a unit.
  • the position sensor signal of the inductive position sensor 120 is processed by the evaluation unit 126 and fed as a first output signal in the same way as in the first embodiment via the first output line 148 to the control unit 130 for calculating the angular position.
  • the second output signal 155 of the inductive speed sensor 152 is also fed via the first output line 148 to the control unit 130. This is possible, for example, by the first output 144 being designed as a digital interface.
  • the plausibility of the first output signal is then carried out in the inverter 132 of the control unit 130, which receives the additional, second Output signal with the first output signal of the inductive position sensor 120.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a sensor system 110 according to the invention in accordance with a fourth embodiment. Only the differences from the third embodiment are described below, and identical or comparable components and features are provided with the same reference numerals.
  • the inductive position sensor 120 has the second output 170 for the inductive speed sensor 152.
  • the second output 170 is connected to the control unit 130 via a second output line 182.
  • the position sensor signal of the inductive position sensor 120 is processed by the evaluation unit 126 and fed as a first output signal in the same way as in the first embodiment via the first output line 148 to the control unit 130 for calculating the angular position.
  • the second output signal of the inductive speed sensor 152 is fed separately to the control unit 130 via the second output line 182.
  • the plausibility check of the first output signal 127 is then carried out in the inverter 132 of the control unit 130, which compares the additional, second output signal with the first output signal 127 of the inductive position sensor 120.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a sensor system 110 according to the invention in accordance with a fifth embodiment. Only the differences from the third embodiment are described below and identical or comparable components and features are provided with the same reference numerals.
  • the inductive position sensor 120 also has a plausibility circuit 184.
  • the plausibility circuit 184 is arranged on the circuit carrier 136.
  • the plausibility circuit 184 is connected to the evaluation unit 126 and the inertial sensor 154.
  • the plausibility circuit 184 is configured to check the plausibility of the first output signal 127 by comparing the first output signal 127 with the second output signal 155.
  • the evaluation unit 126 is configured to output the plausibility-checked first output signal 127 to the control unit 130.
  • the inductive position sensor 120 thus not only has the inductive speed sensor 152, but a circuit that enables the plausibility check of the two output signals 127, 155.
  • the plausibility check circuit 184 can, for example, be provided with certain tolerances so that, depending on the driving state, only actually critical deviations are reported to the inverter 132 of the control unit 130. This report can, for example, be achieved via an additional signal coding that continuously confirms the validity of the plausibility-checked signal.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a sensor system 110 according to the invention in accordance with a sixth embodiment. Only the differences from the first embodiment are described below and identical or comparable components and features are provided with the same reference numerals.
  • the control unit 130 also has the inductive speed sensor 152.
  • the position sensor signal of the inductive position sensor 120 is processed by the evaluation unit 126 and fed as a first output signal 127 in the same way as in the first embodiment via the first output line 148 to the control unit 130 for calculating the angular position.
  • the second output signal 155 of the inductive speed sensor 152 is fed directly to the control unit 130 or is available to it due to the arrangement of the inductive speed sensor 152 in the control unit 130.
  • the plausibility check of the first output signal 127 is then carried out in the inverter 132 of the control unit 130, which compares the additional, second output signal 155 with the first output signal 127 of the inductive position sensor 120.
  • the previously described embodiments can be modified as follows.
  • the sensor does not necessarily have to be located at the end of the shaft or rotor shaft, but can be located anywhere on the shaft in a crescent shape or arc shape (circular segment).
  • the sensor can therefore be located anywhere along the shaft.
  • the sensor wheel can therefore be used with segment or circular openings.
  • the sensor must be mounted in a circular arc at the appropriate location along the shaft.
  • the signal path can be analyzed and thus verified. If the inertial sensor is mounted as an S MD component, it can be verified visually. The inertial sensor on the inverter can be verified visually. Verification can be carried out by measuring the electrical signals from the sensor (SIN/COS analog signals from the position sensor, pulse-like signals from the speed sensor). If necessary, an analysis of the stator part of the sensor (coil system, possibly other characteristic components on the sensor

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Abstract

Es wird ein Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements (114) vorgeschlagen. Das Sensorsystem (110) umfasst mindestens einen induktiven Positionssensor (120), welcher eingerichtet ist zur Erfassung mindestens einer Information über die Rotationseigenschaft des rotierenden Elements (114) und zum Ausgeben mindestens eines Positionssensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Rotationseigenschaft aufweist, ein Steuergerät (130), welches eingerichtet ist zum Auswerten des ersten Ausgangssignals, einen induktiven Drehzahlsensor (152), welcher eingerichtet ist zur Erfassung mindestens einer Information über eine Drehzahl des rotierenden Elements (114) und zum Ausgeben mindestens eines Drehzahlsensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Drehzahl aufweist, mindestens eine Auswerteeinheit (126), welche eingerichtet ist zum Verarbeiten des Positionssensorsignals und zum Ausgeben mindestens eines ersten Ausgangssignals (127), wobei die Auswerteeinheit (126) weiterhin eingerichtet ist zum Verarbeiten des Drehzahlsensorsignals und zum Ausgeben mindestens eines zweiten Ausgangssignals (155), welches die mindestens eine Information über die Drehzahl des rotierenden Elements (114) aufweist, wobei das Sensorsystem (110) eingerichtet ist zum Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals (127) mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals (127) mit dem zweiten Ausgangssignal (155).

Description

Beschreibung
Titel
Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente erfassen. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, 2012, Seiten 63-74 und 120-129 beschrieben. Beispielsweise kann eine Lage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine relativ zu einer Kurbelwelle mit einem so genannten Phasengeber mittels eines Hall-Sensors bestimmt werden.
Beispielsweise für eine Realisierung einer Traktion in Elektrofahrzeugen werden häufig entweder Asynchronmaschinen oder Synchronmaschinen verwendet, welche jeweils aus einem ortsfesten Stator und einem sich drehenden Rotor bestehen. Der Stator trägt in der Regel drei, beispielsweise um 120°/p zueinander versetzte Wicklungsstränge, wobei p eine Anzahl von Polpaaren repräsentiert. Bei Asynchronmaschinen besteht der Rotor üblicherweise aus an Enden ringförmig kurzgeschlossenen elektrisch leitfähigen Stäben. Bei einer Drehung eines Rotorfeldes kann so in den Stäben eine Spannung induziert werden, welche einen Stromfluss hervorruft, welcher wiederum ein Gegenmagnetfeld aufbaut und es zu einer rotatorischen Bewegung kommt. Die induzierte Spannung ist Null, wenn sich Rotorfeld und Stator gleich schnell drehen. Es stellt sich eine Drehzahldifferenz ein, welche als Schlupf bezeichnet wird und welche das Moment des Motors definiert. Bei Synchronmaschinen umfasst der Rotor einen Läufer, welcher eine Erregerspule trägt, in welchem ein Gleichstrom fließt und ein statisches Magnetfeld erzeugt. Alternativ dazu kann ein Permanentmagnet als Rotor verwendet werden. Es handelt sich dann um eine permanent erregte Synchronmaschine, welche aufgrund der leistungslosen Erregung einen höheren Wirkungsgrad aufweist und so für Traktionsanwendungen geeigneter sein kann. Eine Drehzahl des Rotors kann prinzipbedingt identisch zur Drehzahl eines Erregerfelds sein. Das Drehmoment kann von einem Phasenversatz, also einer Winkeldifferenz zwischen Statorfeld und Rotor, abhängen. Zur Regelung des Moments, Ansteuerung eines Inverters und entsprechender Bereitstellung von Statorspulensignalen muss für Asynchronmaschinen die Drehzahl des Rotors und für Synchronmaschinen eine Absolutwinkelstellung des Rotors bekannt sein. In beiden Fällen, Synchronmaschinen und Asynchronmaschinen, ist insbesondere aus Gründen der funktionalen Sicherheit zusätzlich die Drehrichtung zu bestimmen. Die maximale Leistung der Maschine kann zudem durch eine Stator- und Rotortemperatur begrenzt sein.
Um die Rotorlage zu ermitteln, ist es bekannt, so genannte Resolver zu verwenden. Bei diesem handelt es sich um einen elektromagnetischen Messumformer, bei dem ein Rotorpaket drehzahlfest auf der Welle des Motors montiert ist. Kreisringförmig umlaufend sind auf einem Stator eine Erregerspule sowie mehrere Empfängerspulen montiert. Die Erregerspule wird mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt und durchsetzt die gesamte Anordnung mit einem elektromagnetischen Wechselfeld. Drehwinkelabhängig kann in einer ersten Empfängerspule eine sinusförmig amplitudenmodulierte Spannung induziert werden, während in einer zweiten Empfängerspule eine cosinusförmig amplitudenmodulierte Spannung induziert wird. Die Bereitstellung des Erregersignals sowie das Auslesen der Signale kann innerhalb der Leistungselektronik bzw. dedizierten Bausteinen innerhalb eines Steuergerätes zur Motorregelung realisiert werden. Resolver benötigen jedoch relativ viel Bauraum, erfordern eine komplexe Signalbereitstellung und -aufbereitung und müssen mit sehr geringen mechanischen Toleranzen montiert werden, um eine ausreichend hohe Genauigkeit zu erreichen. Aus diesen genannten Gründen können Systemkosten entsprechend hoch sein. Weiterhin kann es aus Platzgründen nicht möglich sein, auf den Stator des Resolvers ein redundantes Empfangsspulensystem zu montieren, um eine Verfügbarkeit des Sensors zu erhöhen. So kann ein Ausfall des Sensors zum „Liegenbleiben“ des Fahrzeugs führen.
Ein Rotorpositionssensor dient beispielsweise der Erfassung der Rotorlage in Elektromotoren zur effizienten und sicheren Ansteuerung durch einen Inverter eines Motorsteuergeräts. Der Inverter berechnet die Winkelposition des Rotors auf Basis der Signale des Rotorpositionssensors. Zur Erreichung der funktionalen Sicherheit nach ISO 26262 sind derzeit keine anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASICs) für induktive Rotorpositionssensoren verfügbar, die den Anforderungen an ASIL D genügen. Dies ist unter anderem auf die nicht ausreichend hohe Fähigkeit zurückzuführen, Fehlfunktionen im ASIC zu erkennen. Damit kann nicht ausreichend sichergestellt werden, dass der Inverter ein korrektes Rotorpositionssignal berechnen kann, weshalb Sicherheitsziele wie beispielsweise das Verhindern ungewollter Beschleunigung nicht erreicht werden könnten. Die verfügbaren ASICs erreichen daher lediglich ASIL C.
Da kundenseitig von den Automobilzulieferern jedoch ein Rotorlagesignal in ASIL D gefordert wird, kann nach ISO 26262 eine Dekomposition durchgeführt werden. Damit können zwei baugleiche ASIL C ASICs in sogenannter homogener Redundanz ausgeführt werden. Nach Norm wäre auch die Kombination zweier ASIL B ASICs möglich. Auch die Verwendung zweier unterschiedlicher ASICs in Form einer inhomogenen Redundanz ist möglich. Die Redundanz ermöglicht dem Inverter die Plausibilisierung des Signals vom jeweils anderen Sensor-Subsystem.
Beide redundante Ansätze sind jedoch durch die Verdoppelung der ohnehin kostenintensiven ASICs und der damit nötigen redundanten Auslegung der Spulen und Zusatzbeschaltung aus wirtschaftlicher Sicht fragwürdig. Für analoge Signalübertragung ergeben sich zusätzlich wesentliche Mehrkosten durch die Verdoppelung der Pin-Anzahl, der Leitungen bzw. der größeren Steckverbbinder.
Offenbarung der Erfindung Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen, welches die Nachteile der zuvor beschriebenen Sensoren bzw. Sensorsysteme zumindest weitgehend vermeidet und das insbesondere die Anforderungen an die funktionale Sicherheit unter Vermeidung von Redundanzen im Sensorsystem erfüllt.
Die Bezeichnung „erstes“ und „zweites“ und deren grammatikalischen Äquivalente sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung als reine Bezeichnungen zu verstehen, um Bauteile oder Merkmale begrifflich unterscheiden zu können, und sollen insbesondere keine Aufschluss über eine Reihenfolge oder Gewichtung von Bauteilen oder Merkmalen geben.
Unter einem „Sensor“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, mindestens eine Messgröße zu erfassen. Unter einem „System“ kann eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche mindestens zwei Komponenten aufweist. Unter einem Sensorsystem zur Bestimmung der Rotationseigenschaft wird dementsprechend ein Sensorsystem verstanden, welches eingerichtet ist, um die mindestens eine Rotationseigenschaft zu erfassen, beispielsweise zu messen, und welche beispielsweise mindestens ein elektrisches Signal entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom und diese an ein Steuergerät ausgeben kann. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.
Unter einer „Rotationseigenschaft“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Eigenschaft verstanden werden, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung, eine Winkelposition oder eine andere Eigenschaft handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisieren kann. Beispielsweise kann es sich bei der Rotationseigenschaft um eine Position, insbesondere eine Winkelposition, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung oder um eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Unter einer „Winkelposition“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Drehwinkel einer rotationsfähigen Vorrichtung, beispielsweise des rotierenden Elements oder eines Geberrads, bezüglich einer senkrecht auf der Rotationsachse stehenden Achse verstanden.
Das Sensorsystem kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein, insbesondere für Traktionsanwendungen für elektrische Maschinen. Unter einem „rotierenden Element“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden, welches um mindestens eine Achse rotiert. Beispielsweise kann das rotierende Element eine Welle sein, beispielsweise eine Welle in einer Antriebsmaschine, beispielsweise eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle. Beispielsweise kann eine Winkelposition einer Nockenwelle oder eine Drehzahl einer Nockenwelle oder eine Winkelbeschleunigung einer Nockenwelle oder eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen bestimmt werden. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.
Das Sensorsystem umfasst ein Steuergerät. Unter einem „Steuergerät“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein elektronisches Modul verstanden werden, das überwiegend an Orten eingebaut wird, an denen etwas gesteuert oder geregelt werden muss. Steuergeräte werden im Kfz-Bereich in allen erdenklichen elektronischen Bereichen eingesetzt, ebenso zur Steuerung von Maschinen, Anlagen und sonstigen technischen Prozessen. Steuergeräte arbeiten allgemein nach dem EVA-Prinzip. EVA steht für Eingabe-Verarbeitung- Ausgabe. Für die Eingabe stehen Sensoren zur Verfügung. Diese ermitteln eine physikalische Kenngröße wie z. B. Drehzahl, Druck, Temperatur usw. Dieser Wert wird mit einer im Steuergerät eingegebenen oder berechneten Sollgröße verglichen. Sollte der gemessene Wert mit dem eingespeicherten Wert nicht übereinstimmen, regelt das Steuergerät mittels Aktoren den physikalischen Prozess nach, so dass die gemessenen Istwerte wieder mit den Sollgrößen übereinstimmen. Die Aktoren greifen also korrigierend in einen laufenden Prozess ein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Bereitstellung des Erregersignals sowie das Auslesen der Signale innerhalb der Leistungselektronik bzw. dedizierten Bausteinen innerhalb eines Steuergerätes zur Motorregelung realisiert werden.
Das Sensorsystem umfasst weiterhin mindestens einen induktiven Positionssensor, welcher eingerichtet ist zur Erfassung mindestens einer Information über die Rotationseigenschaft des rotierenden Elements und zum Ausgeben mindestens eines Positionssensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Rotationseigenschaft aufweist. Unter einem „induktiven Positionssensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Sensor verstanden werden, der eine Information, insbesondere ein Signal, entsprechend einer erfassten Eigenschaft erzeugen kann, insbesondere ein Messsignal, insbesondere ein elektrisches Messsignal, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom, wobei eine Erzeugung des Messsignals auf einer Änderung eines magnetischen Flusses beruht. Insbesondere kann die erfasste Eigenschaft eine Position, beispielsweise eine Winkelposition umfassen. Insbesondere kann es sich bei dem induktiven Positionssensor um einen induktiven Magnetsensor handeln. Insbesondere kann der induktive Positionssensor ein induktiver Rotorlagesensor oder Rotorpositionssensor sein. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. So sind von der vorliegenden Erfindung insbesondere induktive Sensoren umfasst, die ohne Permanentmagnet auskommen, Sensoren mit mindestens einer Anregungsspule und einer Empfängerspule.
Das Sensorsystem umfasst weiterhin einen induktiven Drehzahlsensor, welcher eingerichtet ist zur Erfassung mindestens einer Information über eine Drehzahl des rotierenden Elements und zum Ausgeben mindestens eines Drehzahlsensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Drehzahl aufweist. Unter einem „induktiven Drehzahlsensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Sensor verstanden werden, der eine Information, insbesondere ein Signal, entsprechend einer erfassten Drehzahl des rotierenden Elements erzeugen kann, insbesondere ein Messsignal, insbesondere ein elektrisches Messsignal, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom, wobei eine Erzeugung des Messsignals auf einer Änderung eines magnetischen Flusses beruht. Insbesondere kann es sich bei dem induktiven Drehzahlsensor um einen induktiven Inkrementalgeber handeln. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. So sind von der vorliegenden Erfindung insbesondere induktive Sensoren umfasst, die ohne Permanentmagnet auskommen, Sensoren mit mindestens einer Anregungsspule und einer Empfängerspule.
Unter einer „Drehzahl (auch Umdrehungsfrequenz oder Umlauffrequenz)“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Größe verstanden werden, die bei - vorzugsweise mechanischen - Drehbewegungen die Anzahl der Umdrehungen in einer Zeitspanne bezogen auf diese Zeitspanne angibt. Sie ist beispielsweise eine wesentliche Eigenschaft bei der Kennzeichnung der Leistungsparameter für Motoren. Die Angabe erfolgt in der Technik meistens in Umdrehungen pro Minute (1/min), in der Physik eher in Umdrehungen pro Sekunde (1/s).
Das Sensorsystem umfasst weiterhin mindestens eine Auswerteeinheit, welche eingerichtet ist, das Positionssensorsignals zu verarbeiten und mindestens ein erstes Ausgangssignal, welches die mindestens eine Information über die Rotationseigenschaft aufweist, zu erzeugen. Die Auswerteeinheit ist weiterhin eingerichtet, das Drehzahlsensorsignal zu verarbeiten und mindestens ein zweites Ausgangssignal, welches die mindestens eine Information über die Drehzahl aufweist, zu erzeugen. Unter einer „Auswerteeinheit“ kann dabei allgemein eine elektronische Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, um von dem induktiven Positionssensor erzeugte Signale auszuwerten. Beispielsweise können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen dem induktiven Positionssensor und/oder dem induktiven Drehzahlsensor und der Auswerteeinheit vorgesehen sein. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um den induktiven Positionssensor und/oder Drehzahlsensor anzusteuern. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. So kann die Drehzahlsensor- Elektronik mit diskreten Bauelementen, im ASIC der Auswerteeinheit integriert oder in einem Drehzahlsensor-ASIC integriert sein, ggf. in einem gemeinsamen ASIC für den Positionssensor und den Drehzahlsensor. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Signalauswertung in der Auswerteeinheit kann derart erfolgen, dass die Auswerteeinheit alle empfangenen Signale auswertet und in Ausgangssignale wandelt. Die Signale können analog, digital oder eines analog und eines digital sein.
Das Sensorsystem ist eingerichtet, das erste Ausgangssignals mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals mit dem zweiten Ausgangssignal zu plausibilisieren.
Der induktive Drehzahlsensor kann eingerichtet sein, mit dem Steuergerät zu kommunizieren.
Die Auswerteeinheit kann mittels mindestens einer ersten Ausgabeleitung mit dem Steuergerät verbunden sein. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein zum Ausgeben des ersten Ausgangssignals und des zweiten Ausgangssignals an das Steuergerät über die erste Ausgabeleitung. Damit erfolgt die Signalübertagung der Positionsinformationen und der Plausibilisierungsgröße über mindestens eine gemeinsame Leitung.
Alternativ kann die Auswerteeinheit mittels mindestens einer ersten Ausgabeleitung und einer zweiten Ausgabeleitung mit dem Steuergerät verbunden sein. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein zum Ausgeben des ersten Ausgangssignals an das Steuergerät über die erste Ausgabeleitung und die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein zum Ausgeben des zweiten Ausgangssignals an das Steuergerät über die zweite Ausgabeleitung. Somit erfolgt die Signalübertagung der Positionsinformationen und der Plausibilisierungsgröße über getrennte, eigene Leitungen.
Das Steuergerät kann den induktiven Drehzahlsensor aufweisen. Alternativ kann der Positionssensor den induktiven Drehzahlsensor aufweisen. Entsprechend kann der induktive Drehzahlsensor ein separater Sensor sein oder mit dem Positionssensor zu einer Einheit integriert sein. Der induktive Drehzahlsensor kann mit dem Steuergerät mittels mindestens einer Spannungsschnittstelle oder Stromschnittstelle verbunden sein. So kann der Drehzahlsensor mit seinem Signalausgang über mindestens eine Spannungsschnittstelle, wie beispielsweise mit einem Pullup-Widerstand, am Steuergeräte- Eingang oder über mindestens eine Stromschnittstelle, wie beispielsweise eine sogenannte Zweidraht-Schnittstelle, elektrisch kontaktiert sein.
Grundsätzlich kann eine elektrische Schnittstelle zum Steuergerät für den Positionssensor und den Drehzahlsensor mit 5 oder 6 Leitungen realisiert sein.
Zum Übertragen des Drehzahlsensorsignals kann der induktive Drehzahlsensor eine Ausgangsleitung oder zwei Ausgangsleitungen aufweisen. So kann der Drehzahlsensor mit einer oder zwei Ausgangssignal-Leitungen je nach Komplexität der Elektronik, Anforderung Drehrichtungserkennung etc. ausgebildet sein.
Der induktive Drehzahlsensor kann mindestens eine Spulenanordnung aufweisen. Die Spulenanordnung kann mindestens eine Erregerspule und mindestens eine Empfängerspule umfassen. Die Spulenanordnung kann mindestens eine Erregerspule und mindestens zwei Empfängerspulen umfassen. Unter einer „Spulenanordnung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, die mindestens eine Spule umfasst. Unter einer „Spule“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Bauelement verstanden, welches eine Induktivität aufweist und geeignet ist, bei Stromfluss ein Magnetfeld zu erzeugen und/oder umgekehrt. Beispielsweise kann eine Spule mindestens eine vollständige oder teilweise geschlossene Leiterschleife oder Windung umfassen. Unter einer „Erregerspule“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Spule verstanden werden, welche bei Anlegen einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms einen magnetischen Fluss erzeugt. Die Erregerspule kann mindestens eine Erregerwindung aufweisen. Unter einer „Empfängerspule“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Spule verstanden, welche eingerichtet ist, aufgrund einer induktiven Kopplung zwischen Erregerspule und Empfängerspule ein Signal zu erzeugen, welches abhängig ist von der induktiven Kopplung.
Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann eingerichtet sein, um ein Erregersignal für die Erregerspule der Spulenanordnung des induktiven Drehzahlsensors bereitzustellen. Alternativ kann der induktive Drehzahlsensor einen Schwingungsgenerator aufweisen, der eingerichtet ist, um ein Erregersignal für die Erregerspule der Spulenanordnung des induktiven Drehzahlsensors bereitzustellen.
Der induktive Drehzahlsensor kann einen Hochfrequenzverstärker zum Einstellen einer Betriebsfrequenz des Erregersignals, einen Demodulator zum Demodulieren eines Empfängersignals der Empfängerspule, einen Tiefpassfilter zum Tiefpassfiltern des demodulierten Empfängersignals und einen Nachverstärker zum Verstärken des Empfängersignals und Umwandeln des Empfängersignals in eine Rechteckform aufweisen.
Der induktive Drehzahlsensor und der Positionssensor können eingerichtet sein, mittels einer gemeinsamen Spannungs- und Masseverbindung mit einer elektrischen Energiequelle elektrisch kontaktiert zu sein, oder zumindest teilweise galvanisch getrennt mittels einer Spannungs- und Masseverbindung mit einer elektrischen Energiequelle elektrisch kontaktiert zu sein. So kann eine Spannungsversorgung und Masseverbindung gemeinsam für den Positionssensor und Drehzahlsensor vorgesehen sein oder auch galvanisch getrennt, wie beispielsweise nur für Spannungsversorgung oder Masseverbindung oder vollständig galvanisch getrennt.
Die Auswerteeinheit oder der induktive Drehzahlsensor können mindestens eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) aufweisen, die eingerichtet ist zum Verarbeiten des Drehzahlsensorsignals und zum Ausgeben mindestens eines zweiten Ausgangssignals. Die ASIC kann auf einem Schaltungsträger angeordnet sein. Unter einer „anwendungsspezifischen integrierten Schaltung“ (ASIC) kann eine grundsätzlich beliebige elektronische Schaltung verstanden werden, welche als integrierter Schaltkreis realisiert wurde. Das Steuergerät kann eingerichtet sein zum Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals mit dem zweiten Ausgangssignal. Somit können durch die Nutzung von Signalen des Drehzahlsensors im Steuergerät selbst die Signale des Positionssensors durch das Steuergerät plausibilisiert werden.
Alternativ oder ergänzend kann der Positionssensor weiterhin eine Plausibilisierungsschaltung aufweisen, wobei die Plausibilisierungsschaltung eingerichtet ist zum Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals mit dem zweiten Ausgangssignal. Somit wird eine Plausibilisierung der beiden Signale durch eine Schaltung ermöglicht.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein zum Ausgeben des plausibilisierten ersten Ausgangssignals an das Steuergerät. Somit wird nur ein bereits plausibilisiertes Signal zum Steuergerät übertragen, so dass die Berechnung beispielsweise einer Rotorposition genau erfolgen kann.
Der induktive Positionssensor kann mindestens einen Schaltungsträger aufweisen. Unter einem „Schaltungsträger“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, auf welcher mindestens ein elektrisches Bauelement angeordnet werden kann. Der Schaltungsträger kann flexibel ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Schaltungsträger ein flexibles Material umfassen. Der Schaltungsträger kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Leiterplatte, insbesondere einer Starrflex- Leiterplatte, beispielsweise einer gebogenen Starrf lex- Leiterplatte; einer starren Leiterplatte, insbesondere einer starren Leiterplatte mit Einkerbungen; einer Leiterkarte; einer Platine und einer gedruckten Schaltung, insbesondere einem „printed circuit board“ (PCB).
Der Schaltungsträger kann im Wesentlichen koaxial zu der Rotationsachse angeordnet sein. Der Schaltungsträger kann beispielsweise ein Geberrad oder ein Kreissegment des Geberrads eines weiter unten beschriebenen Sensorsystems im Wesentlichen kreisförmig oder kreissegmentförmig umgeben. Unter dem Begriff „im Wesentlichen kreisförmig“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden, dass das beschriebene Bauelement einen Krümmungsradius aufweist. Der Krümmungsradius kann innerhalb des Bauelements um einen Wert von 0 % bis 80 %, bevorzugt von 0 % bis 50 %, mehr bevorzugt von 0 % bis 20 % und besonders bevorzugt von 0 % bis 5 % variieren. Insbesondere kann der Krümmungsradius auch konstant sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Schaltungsträger auch aus zwei oder mehr Segmenten zusammengesetzt sein, welche beispielsweise jeweils eben oder auch gekrümmt ausgestaltet sein können und welche beispielsweise miteinander verbunden sein können. Die Segmente können insgesamt dann ebenfalls koaxial zur Rotationsachse angeordnet sein, auch wenn die einzelnen Segmente dann beispielsweise tangential angeordnet sind. Weiterhin kann der Schaltungsträger in einem Gehäuse, insbesondere in einem Spritzgussgehäuse, angeordnet sein.
Der induktive Positionssensor kann mindestens eine Spulenanordnung aufweisen, welche auf dem Schaltungsträger angeordnet ist. Die Spulenanordnung kann mindestens eine Erregerspule und mindestens zwei Empfängerspulen umfassen. Unter einer „Spulenanordnung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, die mindestens eine Spule umfasst. Unter einer „Spule“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Bauelement verstanden, welches eine Induktivität aufweist und geeignet ist, bei Stromfluss ein Magnetfeld zu erzeugen und/oder umgekehrt. Beispielsweise kann eine Spule mindestens eine vollständige oder teilweise geschlossene Leiterschleife oder Windung umfassen. Unter einer „Erregerspule“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Spule verstanden werden, welche bei Anlegen einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms einen magnetischen Fluss erzeugt. Die Erregerspule kann mindestens eine Erregerwindung aufweisen. Unter einer „Empfängerspule“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Spule verstanden, welche eingerichtet ist, aufgrund einer induktiven Kopplung zwischen Erregerspule und Empfängerspule ein Signal zu erzeugen, welches abhängig ist von der induktiven Kopplung. Beispielsweise kann die Spulenanordnung ein Empfängerspulensystem aufweisen. Unter einem „Empfängerspulensystem“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche mindestens zwei Empfängerspulen umfasst. Die Erregerspule kann im Wesentlichen kreisförmig ausgestaltet sein. Hinsichtlich des Begriffs „im Wesentlichen kreisförmig“ wird auf obige Definition verwiesen. Die Erregerspule und die Empfängerspulen können wie in DE 10 2017 210 655.7, eingereicht am 23.06.2017, beschrieben ausgestaltet sein. Die Empfängerspulen können die Rotationsachse in einer Umfangsrichtung im Wesentlichen vollständig umlaufen, wobei jede Empfängerspule durch eine Mehrzahl benachbarter Teilwindungen gebildet ist, wobei benachbarte Teilwindungen bezüglich der Stromlaufrichtung gegensätzlich orientiert sind. Dabei ist jede Teilwindung bezüglich einer radialen Richtung, die sich von der Rotationsachse nach außen erstreckt, gebildet aus Abschnitten von wenigstens zwei nach links gekrümmten kreisbogenförmigen Leiterbahnen und aus Abschnitten von wenigstens zwei nach rechts gekrümmten kreisbogenförmigen Leiterbahnen. Alle linksgekrümmten und alle rechtsgekrümmten Leiterbahnen weisen denselben Krümmungsradius auf. Alle linksgekrümmten Leiterbahnen und alle rechtsgekrümmten Leiterbahnen erstrecken sich zwischen zwei konzentrischen Kreisen um die Rotationsachse, einem ersten Kreis mit einem ersten Radius und einem zweiten Kreis mit einem zweiten Radius, wobei ein dritter Kreis gegeben ist, der konzentrisch zum ersten Kreis gelegen ist und einen dritten Radius aufweist, der sich aus dem Mittelwert des ersten Radius und des zweiten Radius ergibt, wobei eine erste rechtsgekrümmte Leiterbahn durch drei Punkte verläuft: durch einen ersten Punkt, der auf dem ersten Kreis liegt; durch einen zweiten Punkt, der auf dem dritten Kreis liegt und in Umfangsrichtung um ein Viertel des Messbereichs gegenüber dem ersten Punkt verdreht ist; und durch einen dritten Punkt, der auf dem zweiten Kreis liegt und in Umfangsrichtung um die Hälfte des Messbereichs gegenüber dem ersten Punkt verdreht ist. Die weiteren rechtsgekrümmten Leiterbahnen ergeben sich aus der vorfolgenden rechtsgekrümmten Leiterbahn durch eine Drehung um die Drehachse um die Hälfte des Messbereichs in Umfangsrichtung. Die linksgekrümmten Leiterbahnen ergeben sich durch Spiegelungen der rechtsgekrümmten Leiterbahnen jeweils an einer Radiallinie, die sich von der Drehachse durch den Schnittpunkt der jeweiligen rechtsgekrümmten Leiterbahn mit dem dritten Kreis erstreckt. Eine Teilwindung einer Empfängerspule kann dabei als ein Teil der Empfängerspule definiert sein, der von Leiterbahnen der Empfängerspule umgeben ist, die sich nicht gegenseitig schneiden. Die Orientierung einer Teilwindung bestimmt sich über einen Stromfluss durch die Empfängerspule. Gegenläufig orientierte Teilwindungen weisen bei einem Stromfluss durch die Empfängerspule jeweils gegenläufig Stromflüsse auf, d.h. bei einer Teilwindung mit einer ersten Orientierung läuft der Strom im Uhrzeigersinn bzw. nach rechts durch die Teilwindung, bei einer Teilwindung mit einer zweiten, gegenläufigen Orientierung läuft der Strom gegen den Uhrzeigersinn bzw. nach links durch die Teilwindung. Eine Teilwindung kann lediglich beispielhaft wie eine Raute mit gekrümmten Seitenflächen aufgebaut sein. Die vier Seitenflächen einer solchen Raute können z.B. durch je zwei Teilstücke zweier linksgekrümmter Leiterbahnen und zweier rechtsgekrümmter Leiterbahnen ausgebildet sein. Beispielsweise kann dabei die Stromlaufrichtung in wenigstens zwei Abschnitten der linksgekrümmten Leiterbahnen, die eine Teilwindung bilden, einander entgegengesetzt sein. Ebenso kann die Stromlaufrichtung in wenigstens zwei Abschnitten der rechtsgekrümmten Leiterbahnen, die eine Teilwindung bilden, einander entgegengesetzt sein. Der Aufbau der Teilwindungen ist dabei so zu verstehen, dass eine gedachte gerade Linie, die von der Rotationsachse ausgeht und in radialer Richtung verläuft, eine nach links und eine nach rechts gekrümmte kreisbogenförmige Leiterbahn der Empfängerspule schneidet, wenn die gerade Linie durch das Innere der Empfängerspule verläuft. Auf diese Weise kann z.B. auch erreicht werden, dass die Amplitude der in der Empfängerspule induzierten Wechselspannung bzw. das Messsignal im Wesentlichen als Sinusfunktion von dem Drehwinkel abhängt.
Der induktive Positionssensor kann eine Anzahl von n Empfängerspulen umfassen, wobei n eine positive ganze Zahl ist. Die generierten sinusförmigen Signale der n Empfängerspulen können gegeneinander phasenversetzt sein. Beispielsweise können benachbarte sinusförmige Signale einen Phasenabstand von 2n/(2n) und/oder 360°/(2n) für n=2 aufweisen. Weiterhin können beispielsweise benachbarte sinusförmige Signale einen Phasenabstand von 2n/(n) und/oder 360°/(n) für n>3 aufweisen. Insbesondere können benachbarte sinusförmige Signale von genau zwei Empfängerspulen einen Phasenabstand von 90° aufweisen. Insbesondere können benachbarte sinusförmige Signale von genau drei Empfängerspulen einen Phasenabstand von 120° aufweisen. Die Auswerteeinheit kann mindestens eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) sein oder umfassen. Die ASIC kann auf dem Schaltungsträger angeordnet sein. Unter einer „anwendungsspezifischen integrierten Schaltung“ (ASIC) kann eine grundsätzlich beliebige elektronische Schaltung verstanden werden, welche als integrierter Schaltkreis realisiert wurde.
Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann eingerichtet sein, um ein Erregersignal für die Erregerspule bereitzustellen. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann auf dem Schaltungsträger angeordnet sein und an genau eine Erregerspule und mindestens zwei Empfängerspulen angeschlossen sein. Unter ein „Erregersignal bereitzustellen“ kann verstanden werden, dass die anwendungsspezifische integrierte Schaltung eingerichtet ist, das Erregersignal zu erzeugen und/oder dass die anwendungsspezifische integrierte Schaltung eingerichtet ist, die Erregerspule mit dem Erregersignal zu beaufschlagen. Unter einem „Erregersignal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Signal verstanden werden, insbesondere mindestens eine Wechselspannung und/oder mindestens ein Wechselstrom. Das Erregersignal kann ein im Wesentlichen sinusförmiges Erregersignal sein. Unter „sinusförmig“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Form verstanden, welche einen Verlauf einer Sinuskurve aufweist. Beispielsweise kann ein Verlauf einer vollständigen Sinuskurve umfasst sein oder lediglich ein Teil einer Sinuskurve. Unter „im Wesentlichen sinusförmig“ können Ausführungsformen verstanden werden mit einem vollständig sinusförmigen Verlauf, wobei Abweichungen denkbar sind, welche nicht mehr als 20 %, insbesondere nicht mehr als 10 % oder sogar nicht mehr als 5 % von dem absoluten Wert der Sinusform betragen. Unter einer „vollständigen Sinuskurve“ kann dabei insbesondere ein Verlauf einer Sinuskurve verstanden werden, welcher mindestens eine Periode umfasst. Hierbei kann die Sinuskurve im Nullpunkt oder einem beliebigen anderen Punkt der Sinuskurve beginnen. Die Sinusform kann beispielsweise auch abschnittsweise aus anderen Funktionen zusammengesetzt werden, so dass sich insgesamt eine näherungsweise Sinusform ergibt. Das Erregersignal kann eine Amplitude im Bereich von 0,1 V bis 10 V, bevorzugt von 5 V, aufweisen. Das Erregersignal kann eine Frequenz im Bereich von 1 MHz bis 10 MHz, bevorzugt 3,5 MHz aufweisen. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann mindestens eine Oszillatorschaltung aufweisen. Die Oszillatorschaltung kann beispielsweise einen LC Oszillator treiben, bei welchem die Erregerspule und ein Kondensator als frequenzbestimmende Elemente wirken. Durch die Beaufschlagung der Erregerspule mit dem Erregersignal kann ein elektromagnetisches Wechselfeld entstehen, welches in die Empfängerspulen koppelt und dort beispielsweise entsprechende Wechselspannungen und/oder Wechselströme induziert. Der induktive Positionssensor kann eingerichtet sein, um eine induktive Kopplung und/oder eine Änderung einer induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und der mindestens einen Empfängerspule zu erfassen. Die Erregerspule kann eingerichtet sein, um in Antwort auf die Beaufschlagung mit dem Erregersignal ein elektromagnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Die Erregerspule und die Empfängerspulen können derart gekoppelt sein, dass das elektromagnetische Wechselfeld in den Empfängerspulen eine Wechselspannung induziert. Die Empfängerspulen können derart angeordnet sein, dass die Empfängerspulen bei einer Rotation des rotierenden Elements mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um die Rotationsachse drehwinkelabhängige Signale generieren.
Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann eingerichtet sein, um von den Empfängerspulen erzeugte Signale zu verarbeiten und als das mindestens eine erste Ausgangssignal an mindestens einem ersten Ausgang bereitzustellen. Die Bezeichnung als „erstes“ und „zweites“ Ausgangssignal sind als reine Bezeichnungen zu verstehen und geben insbesondere keinen Aufschluss über eine Reihenfolge oder ob weitere Ausgangssignale vorhanden sind. Unter „Verarbeiten“ kann grundsätzlich eine beliebige Operation einer Signalverarbeitung verstanden werden, um ein Ausgangsignal zu erzeugen, beispielsweise ein Auswerten, ein Filtern, ein Demodulieren. Die Signalverarbeitung kann digital und/oder analog erfolgen. Bevorzugt kann die Signalverarbeitung rein analog erfolgen. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann insbesondere eingerichtet sein, um durch Demodulation eines in den Empfängerspulen induzierten Signals mit einem Trägersignal, also einem Signal der Erregerspule auch Sendespule genannt, auf einen Betrag und eine Phase der Kopplung zu schließen. Der Betrag kann insbesondere kontinuierlich mit dem Drehwinkel variieren. Eine Phasenlage kann beispielsweise 0° oder 180° betragen. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann mindestens eine Demodulationsvorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, um die Signale der Empfängerspulen zu demodulieren, insbesondere synchron. Das Demodulieren kann ein Multiplizieren mit dem Erregersignal umfassen. Beispielsweise kann durch eine Multiplikation des Betrags mit einer Kosinusfunktion ein vorzugsweise offsetfreies Sin/Cos-System entstehen, insbesondere bei Verwendung von zwei Empfängerspulen mit 90° Phasenversatz bezogen auf den Messbereich. Bei Verwendung von drei Empfängerspulen mit typischerweise 120° Phasenversatz bezogen auf den Messbereich kann insbesondere ein dreiphasiges Sinussignal entstehen, welches beispielsweise durch Anwendung der Clarke-Transformation in ein Sin/Cos-System überführt werden kann. Mit Hilfe der Arkustangens- Funktion kann dann auf den Drehwinkel geschlossen werden. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann mindestens einen Tiefpassfilter aufweisen. Der Tiefpassfilter kann eine Grenzfrequenz im Bereich von 50 kHz bis zu 500 kHz, bevorzugt 100 kHz, aufweisen. Die untere Grenzfrequenz kann deutlich geringer ausfallen, da lediglich Offsets kompensiert werden sollen. Beispielsweise kann die anwendungsspezifische integrierte Schaltung zunächst die Signale der Empfängerspulen demodulieren und anschließend mittels des Tiefpasses filtern. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann mindestens einen Verstärker aufweisen. Der Verstärker kann eingerichtet sein, um die Signale der Empfängerspulen, insbesondere die gefilterten Signale, zu verstärken. Unter „Verstärken“ kann eine Erhöhung einer Amplitude eines Signals verstanden werden. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann weiter eingerichtet sein, die Signale der Empfängerspulen mit einem DC(Gleichstrom)- Offset zu beaufschlagen. Das erste Ausgangssignal kann von dem ersten Ausgang beispielsweise über mindestens eine elektrische Signalleitung, insbesondere ein Kabel, an das Steuergerät, insbesondere eine von dem Schaltungsträger getrennt ausgestaltete Steuerung, übertragen werden.
Das Sensorsystem kann mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad aufweisen. Unter einem „Geberrad“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges mit dem rotierenden Element verbindbares Bauelement verstanden werden, das eingerichtet ist, bei Verbindung mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, insbesondere eine Magnetfeldänderung, zu bewirken. Das Geberrad kann beispielsweise permanent oder reversibel mit dem rotierenden Element verbunden oder verbindbar sein oder kann auch einstückig mit dem rotierenden Element ausgebildet oder in das rotierende Element integriert sein. Das Geberrad kann ein Geberradprofil aufweisen. Unter einem „Geberradprofil“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Gesamtheit von Profilelementen und von Zwischenräumen, die zwischen den Profilelementen angeordnet sind, verstanden werden. Unter einem „Profilelement“ des Geberrads kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Ausformung der Kontur des Geberrads verstanden werden, insbesondere eine Ausbuchtung, beispielsweise eine stiftförmige, eine zahnförmige oder eine zackenförmige Ausbuchtung, oder eine Einkerbung oder eine Aussparung, beispielsweise ein Loch.
Das Geberrad kann beispielsweise ausgestaltet sein, um je nach seiner Stellung Bereiche einer Empfängerspulenstruktur „abzuschatten“. Dadurch kann eine Kopplung zwischen einer Sendespulenstruktur und den Empfängerspulen drehwinkelabhängig beeinflusst werden. Ein typischer Wertebereich eines Kopplungsfaktors kann beispielsweise -0,3 bis +0,3 betragen. Unter einem Koppelfaktor kann dabei insbesondere ein Amplitudenverhältnis zwischen einem Empfangssignal und einem Sende- oder Erregersignal verstanden werden. Der Koppelfaktor kann insbesondere sinusförmig mit dem Drehwinkel verlaufen.
Die Spulenanordnung kann das Geberrad oder mindestens ein Kreissegment des Geberrads im Wesentlichen kreissegmentförmig oder kreisförmig umgeben. Insbesondere kann die Spulenanordnung, insbesondere die auf dem Schaltungsträger angeordnete Spulenanordnung, in mindestens einer Winkelposition des Geberrads mindestens ein Profilelement und mindestens einen Zwischenraum zwischen zwei Profilelementen des Geberrads abdecken.
Das Geberrad kann rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Das Geberrad kann eine identische Anzahl an elektrisch leitfähigen Flügeln und elektrisch nicht oder weniger leitfähigen Flügeln und/oder Aussparungen aufweisen. Die elektrisch leitfähigen Flügel können einen ersten Öffnungswinkel a und die elektrisch nicht oder weniger leitfähigen Flügel und/oder die Aussparungen einen zweiten Öffnungswinkel ß aufweisen. Eine Summe des ersten und des zweiten Öffnungswinkels kann einem vollen Winkelmessbereich des induktiven Positionssensors entsprechen. Der erste und der zweite Öffnungswinkel können identisch oder verschieden sein. Das Geberrad kann an dem rotierenden Element mittels einer Schraub- und/oder Klebeverbindung befestigt sein.
Das Steuergerät kann eingerichtet sein, um aus Signalen der Empfängerspulen auf eine Winkelposition <D des Geberrads zu schließen. Das Sensorsystem, insbesondere der induktive Positionssensor, kann eingerichtet sein, eine induktive Kopplung und/oder eine Änderung einer induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und der mindestens einen Empfängerspule zu erfassen. Insbesondere kann das Sensorsystem eingerichtet sein, die durch eine Bewegung und/oder eine Position des Geberrades bewirkte induktive Kopplung und/oder die durch eine Bewegung und/oder eine Position des Geberrades bewirkte Änderung der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und den Empfängerspulen zu erfassen. Das Sensorsystem kann insbesondere eingerichtet sein, um aus der durch die Bewegung und/oder durch eine Position des Geberrads bewirkten Änderung der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und den Empfängerspulen eine absolute oder relative Winkelposition des rotierenden Elements zu bestimmen. Unter einer „relativen Winkelposition“ kann dabei grundsätzlich eine Position bezüglich einer durch die Empfängerspulen definierten Periode verstanden werden. Insbesondere kann das Steuergerät derart eingerichtet sein, um mindestens ein Quotientensignal mindestens zweier Signale mindestens zweier Empfängerspulen zu generieren. Beispielsweise kann für die Berechnung der Winkelposition <D aus zwei von zwei Empfängerspulen generierten Signalen die Gesetzmäßigkeit tan<D = sind) / cos<D verwendet werden. Beispielsweise kann für die Berechnung der Winkelposition <D aus drei von drei Empfängerspulen generierten Signalen die Clarke- Transformation verwendet werden. Insbesondere kann die Auswerteeinheit mindestens eine Auswerteschaltung aufweisen. Insbesondere kann die Auswerteschaltung eingerichtet sein, die Signale des Positionssensors auszuwerten. Bei der Auswerteschaltung kann es sich beispielsweise um einen Prozessor handeln. Die Auswerteeinheit kann insbesondere getrennt von dem Schaltungsträger ausgestaltet sein und kann mit dem Schaltungsträger über mindestens eine Verbindung, beispielsweise ein Kabel, verbindbar sein. Der induktive Positionssensor kann eingerichtet sein, das erste Ausgangssignal an die Auswerteeinheit zu übermitteln.
Wie bereits erwähnt kann der induktive Positionssensor ein induktiver Rotorlagesensor sein. Das um die Rotationsachse rotierende Element kann eine Rotorwelle eines Elektromotors sein. Der Elektromotor kann ein Elektromotor eines Kraftfahrzeugs sein. Das zweite Ausgangssignal kann insbesondere Informationen über eine Beschleunigung und/oder Raddrehzahl des Kraftfahrzeugs aufweisen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Verwendung mindestens eines Sensorsystems. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten, auch weitere Verfahrensschritte umfassen. Die Verfahrensschritte sind:
Erfassen mindestens einer Information über eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements mittels des mindestens einen induktiven Positionssensors;
Erzeugen mindestens eines Positionssensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Rotationseigenschaft aufweist, mittels des Positionssensors,
Verarbeiten des Positionssensorsignals und Erzeugen mindestens eines ersten Ausgangssignals mittels der Auswerteeinheit,
Erfassen mindestens einer Information über eine Drehzahl des rotierenden Elements mittels des mindestens einen induktiven Drehzahlsensors;
Erzeugen mindestens eines Drehzahlsensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Drehzahl des rotierenden Elements aufweist, mittels des induktiven Drehzahlsensors,
Verarbeiten des Drehzahlsensorsignals und Erzeugen mindestens eines zweiten Ausgangssignals mittels der Auswerteeinheit, und
Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals mit einem zweiten Ausgangssignal. Das Verfahren erfolgt unter Verwendung eines Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Sensorsystems verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt. Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode- Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer- Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode- Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein. Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer- Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann. Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode- Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer- Netzwerk ausgeführt wird. Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden. Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält. Vorteile der Erfindung
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. So ist nur ein ASIC maximal ASIL C zur Auswertung des induktiven Positionssensors notwendig. Es gibt Einsparpotential in Hard- und Software auf Seite des Inverters. Es kann ggf. eine Auflösung weiterer anderer Sicherheitsmechanismen / Redundanzen durch höhere Integrität des Signals des induktiven Positionssensors geben. Es gibt Einsparpotential im Gesamtsystem (Fahrzeugebene). Die vorgeschlagene vorteilhafte Kombination des induktiven Rotorpositionssensors (Winkelpositionssensors) mit einem einfachen Drehzahlsensor bietet eine Steigerung der funktionalen Sicherheit der Rotorpositionserfassung und ist einfacher sowie kostengünstiger als ein redundanter Rotorpositionssensor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 3 ein Blockschaltbild des induktiven Positionssensors und des induktiven Drehzahlsensors;
Figur 4 ein Blockschaltbild des induktiven Positionssensors und des induktiven Drehzahlsensors eines erfindungsgemäßen Sensorsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform; Figur 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems gemäß einer dritten Ausführungsform;
Figur 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems gemäß einer vierten Ausführungsform;
Figur 7 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems gemäß einer fünften Ausführungsform; und
Figur 8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems gemäß einer fünften Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems 110. Das Sensorsystem 110 ist eingerichtet zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse 112 rotierenden Elements 114. Das Sensorsystem 110 kann insbesondere zum Einsatz im Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Bei dem um die Rotationsachse 112 rotierenden Element 114 kann es sich um eine Rotorwelle 116 eines Elektromotors 118 handeln, wie beispielsweise um einen Elektromotor eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann das Sensorsystem 110 zur Erfassung mindestens einer Winkelposition oder Winkelstellung der Rotorwelle 116 eingerichtet sein. Zu diesem Zweck weist das Sensorsystem mindestens einen induktiven Positionssensor 120 auf. Der induktive Positionssensor 120 ist eingerichtet zur Erfassung mindestens einer Information über die Rotationseigenschaft des rotierenden Elements 114 und zum Ausgeben mindestens eines Positionssensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Rotationseigenschaft aufweist.
Das Sensorsystem 110 weist weiterhin mindestens ein mit dem um die Rotationsachse 112 rotierenden Element 114 verbindbares Geberrad 122. So ist das Geberrad 122 an einem stirnseitigen Ende 124 der Rotorwelle 116 angeordnet. Der Positionssensor 120 befindet sich stirnseitig dem Geberrad 122 gegenüber.
Das Sensorsystem 110 weist weiterhin mindestens eine Auswerteeinheit 126 auf. Die Auswerteeinheit 126 ist eingerichtet zum Verarbeiten des Positionssensorsignals und zum Ausgeben mindestens eines ersten Ausgangssignals 127. Die Auswerteeinheit 126 weist mindestens eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 128 auf. Die Auswerteeinheit 126 ist am oder genauer im Positionssensor 120 angeordnet. Mit anderen Worten kann die Auswerteeinheit 126 Teil des induktiven Positionssensors 120 oder mit diesem verbunden sein.
Das Sensorsystem 110 weist weiterhin ein Steuergerät 130 auf. Das Steuergerät 130 ist eingerichtet zum Auswerten des ersten Ausgangssignals. Das Steuergerät 130 weist einen Inverter 132 auf. Bei dem Steuergerät 130 handelt es sich insbesondere um ein Motorsteuergerät. Der Inverter 132 kann mit dem Steuergerät 130 zu einem Bauteil integriert sein, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, so dass diese auch getrennt voneinander vorliegen können. Das Steuergerät 130 ist über mehrere Leitungen 134 sowohl mit dem Elektromotor 118 als auch mit dem Positionssensor 120 verbunden. Die Anzahl der Leitungen 134 ist dabei nur schematisch angedeutet. So können grundsätzlich alle bekannten Anordnungen von Leitungen 134 vorgesehen sein, d.h. von 4-Pin bis 12-Pin-Designs.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems 110 gemäß einer ersten Ausführungsform. Figur 2 zeigt insbesondere den Positionssensor 120 mit der Auswerteeinheit 126. Der induktive Positionssensor 120 weist mindestens einen Schaltungsträger 136 und mindestens eine Spulenanordnung 138 auf. Die Spulenanordnung 138 ist auf dem Schaltungsträger 136 angeordnet ist. Die Spulenanordnung 138 umfasst mindestens eine Erregerspule 140 und mindestens zwei Empfängerspulen 142, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine dargestellt ist. Die Auswerteeinheit 126 ist ebenfalls auf dem Schaltungsträger 136 angeordnet und über Leitungen 143 mit der Erregerspule 140 und den Empfängerspulen 142 verbunden. Die Auswerteeinheit 126 ist eingerichtet, um die von den Empfängerspulen erzeugten Signale zu verarbeiten und als das erste Ausgangssignal 127 (Fig. 3) an mindestens einen ersten Ausgang 144, wie beispielsweise eine analoge oder digitale Schnittstelle, bereitzustellen. Die Auswerteeinheit 126 ist weiterhin eingerichtet, um ein Erregersignal für die Erregerspule 140 bereitzustellen. Das Erregersignal ist ein im Wesentlichen sinusförmiges Erregersignal. Das Erregersignal weist beispielsweise eine Amplitude im Bereich von 0,1 V bis 10 V auf und eine Frequenz im Bereich von 1 MHz bis 10 MHz auf. Der induktive Positionssensor 120 weist weiterhin passive SMD-Bauteile 146 (SMD = Surface-mounted device - oberflächenmontiertes Bauelement) auf.
Wie weiter in Figur 2 gezeigt ist, ist der induktive Positionssensor 120 über die Leitungen 144 mit dem Steuergerät 130 verbunden. So ist die Auswerteeinheit an dem ersten Ausgang 144 über mindestens eine erste Ausgabeleitung 148 mit dem Steuergerät 130 verbunden. Das Steuergerät 130 ist weiterhin über eine oder mehrere Leitungen 150 mit einem induktiven Drehzahlsensor 152 des Sensorsystems 100 verbindbar. Auf diese Weise ist der induktive Drehzahlsensor 152 eingerichtet mit dem Steuergerät 130 zu kommunizieren. Figur 2 zeigt dabei das Steuergerät 130 in einem mit dem induktiven Drehzahlsensor 152 verbundenen Zustand. Der induktive Drehzahlsensor 152 umfasst eine interne Elektronik 154. Der induktive Drehzahlsensor 152 ist eingerichtet zur Erfassung mindestens einer Information über eine Drehzahl des rotierenden Elements 114 und zum Ausgeben mindestens eines Drehzahlsensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Drehzahl aufweist. Die Auswerteeinheit 126 ist eingerichtet zum Verarbeiten des Drehzahlsensorsignals und zum Ausgeben mindestens eines zweiten Ausgangssignals 155.
Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild des induktiven Positionssensors 120 und des induktiven Drehzahlsensors 152 einschließlich der darin angeordneten Elektronik 154. In Figur 3 ist insbesondere die Spulenanordnung 138 des induktiven Positionssensors 120 mit der Erregerspule 140 und den zwei Empfängerspulen 142 gezeigt. Die Auswerteeinheit 126 ist wie oben beschrieben über Leitungen 138 mit der Erregerspule 140 und den Empfängerspulen 142 verbunden. Die Auswerteeinheit 126 ist eingerichtet, um die von den Empfängerspulen erzeugten Signale zu verarbeiten und als das erste Ausgangssignal 127 an mindestens einem ersten Ausgang 144, wie beispielsweise eine analoge oder digitale Schnittstelle, bereitzustellen. Lediglich beispielhaft kann das erste Ausgangssignal 127 eine Kombination aus einem sinusförmigen Signal 156 und einem kosinusförmigen Signal 158 sein. Entsprechend kann die Auswerteeinheit 126 zwei erste Ausgänge 144 aufweisen.
Der induktive Drehzahlsensor 152 weist mindestens eine Spulenanordnung 160 auf. Die Spulenanordnung 160 umfasst mindestens eine Erregerspule 162 und mindestens eine Empfängerspule 164. Der induktive Drehzahlsensor 152 weist einen Schwingungsgenerator 166 auf, der eingerichtet ist, um ein Erregersignal für die Erregerspule 162 der Spulenanordnung 160 des induktiven Drehzahlsensors 152 bereitzustellen. Die Auswerteeinheit 126 ist ebenfalls auf dem Schaltungsträger 136 angeordnet und über eine oder mehrere Leitungen 168 mit der Erregerspule 162 und der Empfängerspule 164 verbunden. Die Auswerteeinheit 126 ist eingerichtet, um die von der Empfängerspule 164 erzeugten Signale zu verarbeiten und als das zweite Ausgangssignal 155 an mindestens einen zweiten Ausgang 170, wie beispielsweise eine analoge oder digitale Schnittstelle, bereitzustellen. Alternativ kann die Auswerteeinheit 126 eingerichtet sein, um ein Erregersignal für die Erregerspule 162 bereitzustellen. Der induktive Drehzahlsensor 152 weist mindestens eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung 172 auf, die eingerichtet ist zum Verarbeiten des Drehzahlsensorsignals und zum Ausgeben des zweiten Ausgangssignals 155. So weist der induktive Drehzahlsensor 152 einen Hochfrequenzverstärker 174 zum Einstellen einer Betriebsfrequenz des Erregersignals auf. Die Betriebsfrequenz ist 1,5 bis 25 MHz und bevorzugt 2,5 bis 7,5 MHz. Der induktive Drehzahlsensor 152 weist weiterhin einen Demodulator 176 zum Demodulieren eines Empfängersignals der Empfängerspule auf. Der Demodulator 176 kann ein Diodengleichrichter sein. Der induktive Drehzahlsensor 152 weist weiterhin einen Tiefpassfilter 178 zum Tiefpassfiltern des demodulierten Empfängersignals auf. Der Tiefpassfilter 178 kann ein passiver Tiefpassfilter sein. Der induktive Drehzahlsensor 152 weist weiterhin einen Nachverstärker 180 zum Verstärken des Empfängersignals und Umwandeln des Empfängersignals in eine Rechteckform auf. Entsprechend wird das zweite Ausgangssignal 155 als binäre Pulse ausgegeben. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, ist das Sensorsystem 110 eingerichtet zum Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals mit dem zweiten Ausgangssignal. Bei der ersten Ausführungsform ist das Steuergerät 130 eingerichtet zum Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals mit dem zweiten Ausgangssignal.
Nachstehend wird die Betriebsweise des Sensorsystems beschrieben. Der ASIC 128 des Positionssensors 120 erzeugt das Anregungssignal für die Erregerspule 140. Der Positionssensor 120 erfasst die Winkelstellung der Rotorwelle 116 und somit des Rotors wie oben beschrieben mittels des Geberrads 122. Dabei erzeugt der Positionssensor 120 ein Positionssensorsignal. Die Auswerteeinheit 126 empfängt die durch das vorbeifahrende Geberrad 122 modulierte Signale und demoduliert diese. Das Positionssensorsignal wird von der Auswerteeinheit 126 verarbeitet und als erstes Ausgangssignal an das Steuergerät 130 ausgegeben. Die Auswerteeinheit 126 übergibt am ersten Ausgang 144 über die erste Ausgabeleitung 148 die demodulierten Sinus- und Kosinussignale an die Leistungselektronik des Inverters 132 des Steuergeräts 130. Der Inverter 132 des Steuergeräts 130 berechnet dann basierend auf dem ersten Ausgangssignal die Winkelstellung der Rotorwelle 116.
Zur Erfüllung der Anforderungen an die funktionale Sicherheit und zur Vermeidung von Redundanzen im induktiven Positionssensor 120 wird nun die Nutzung einer physikalisch unabhängigen Plausibilisierungsgröße auf Basis von Drehzahlsensorsignalen eines induktiven Drehzahlsensorsignals vorgeschlagen. Dabei erfasst der induktive Drehzahlsensor 152 eine Drehzahl des Geberrads 122. Das Drehzahlsensorsignal wird von der Auswerteeinheit bzw. der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 172 empfangen, demoduliert, tiefpassgefiltert, nachverstärkt und in ein rechteckförmiges zweites Ausgangssignal 155 umgewandelt. Dann wird das zweite Ausgangssignal 155 dem Steuergerät 130 zugeführt. Die Plausibilisierung des erstens Ausgangssignals 127 erfolgt dann im Inverter 132 des Steuergeräts 130, der das zweite Ausgangssignal 155 mit dem ersten Ausgangssignal 127 des induktiven Positionssensors 120 vergleicht. Durch die Implementierung eines physikalisch unabhängigen Überwachungsmechanismus ist es möglich, eine Fehlfunktion des induktiven Positionssensors 120 bzw. dessen ASIC 128 zu erkennen. So können durch die Nutzung der Sensorsignale des induktiven Drehzahlsensors 152 die Signale des induktiven Positionssensors 120 verglichen werden. Sicherheitskritische Fehlfunktionen, wie das ungewollte Beschleunigen, können damit erkannt werden. Das Steuergerät 130 bzw. der Inverter 132 reagiert dann mit dem Rückfall in sichere Betriebszustände.
Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild des induktiven Positionssensors 120 und des induktiven Drehzahlsensors 152 eines erfindungsgemäßen Sensorsystems 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Sensorsystem 110 der zweiten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit 126 bzw. die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 172 eingerichtet zwei zweite Ausgangssignale 155 zu erzeugen. Zu diesem Zweck weist der induktive Drehzahlsensor 152 zwei zweite Ausgänge 170 auf. Die zwei zweiten Ausgangssignale 155 sind dabei phasenverschoben bzw. relativ zueinander invertiert.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems 110 gemäß einer dritten Ausführungsform. Bei dem Sensorsystem 110 der dritten Ausführungsform sind der induktive Positionssensor 120 und der induktive Drehzahlsensor 152 zu einer Einheit integriert. Das Positionssensorsignal des induktiven Positionssensors 120 wird von der Auswerteeinheit 126 verarbeitet und als erstes Ausgangssignal in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform über die erste Ausgabeleitung 148 dem Steuergerät 130 zur Berechnung der Winkelposition zugeführt. Das zweite Ausgangssignal 155 des induktiven Drehzahlsensors 152 wird ebenfalls über die erste Ausgabeleitung 148 dem Steuergerät 130 zugeführt. Dies ist beispielsweise möglich, indem der erste Ausgang 144 als digitale Schnittstelle ausgebildet ist. Die Plausibilisierung des erstens Ausgangssignals erfolgt dann im Inverter 132 des Steuergeräts 130, der das zusätzliche, zweite Ausgangssignal mit dem ersten Ausgangssignal des induktiven Positionssensors 120 vergleicht.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems 110 gemäß einer vierten Ausführungsform. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zur dritten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Sensorsystem 110 der vierten Ausführungsform weist der induktive Positionssensor 120 den zweiten Ausgang 170 für den induktiven Drehzahlsensor 152 auf. Der zweite Ausgang 170 ist über eine zweite Ausgabeleitung 182 mit dem Steuergerät 130 verbunden. Das Positionssensorsignal des induktiven Positionssensors 120 wird von der Auswerteeinheit 126 verarbeitet und als erstes Ausgangssignal in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform über die erste Ausgabeleitung 148 dem Steuergerät 130 zur Berechnung der Winkelposition zugeführt. Das zweite Ausgangssignal des induktive Drehzahlsensor 152 wird getrennt über die zweite Ausgabeleitung 182 dem Steuergerät 130 zugeführt. Die Plausibilisierung des erstens Ausgangssignals 127 erfolgt dann im Inverter 132 des Steuergeräts 130, der das zusätzliche, zweite Ausgangssignal mit dem ersten Ausgangssignal 127 des induktiven Positionssensors 120 vergleicht.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems 110 gemäß einer fünften Ausführungsform. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zur dritten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Sensorsystem 110 der fünften Ausführungsform weist der induktive Positionssensor 120 weiterhin eine Plausibilisierungsschaltung 184 auf. Die Plausibilisierungsschaltung 184 ist auf dem Schaltungsträger 136 angeordnet. Die Plausibilisierungsschaltung 184 ist mit der Auswerteeinheit 126 und dem Inertialsensor 154 verbunden. Die Plausibilisierungsschaltung 184 ist eingerichtet zum Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals 127 mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals 127 mit dem zweiten Ausgangssignal 155. Die Auswerteeinheit 126 ist eingerichtet zum Ausgeben des plausibilisierten ersten Ausgangssignals 127 an das Steuergerät 130. Bei der fünften Ausführungsform weist der induktive Positionssensor 120 somit nicht nur den induktiven Drehzahlsensor 152 auf, sondern eine Schaltung, die die Plausibilisierung der beiden Ausgangssignale 127, 155 ermöglicht. Die Plausibilisierungsschaltung 184 kann beispielsweise mit gewissen Toleranzen versehen werden, so dass in Abhängigkeit des Fahrzustands nur tatsächlich kritische Abweichungen an den Inverter 132 des Steuergeräts 130 gemeldet werden. Diese Meldung kann beispielsweise über eine zusätzliche Signalcodierung erreicht werden, die kontinuierlich die Gültigkeit des plausibilisierten Signals bestätigt.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems 110 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Sensorsystem 110 der sechsten Ausführungsform weist das Steuergerät 130 weiterhin den induktiven Drehzahlsensor 152 auf. Das Positionssensorsignal des induktiven Positionssensors 120 wird von der Auswerteeinheit 126 verarbeitet und als erstes Ausgangssignal 127 in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform über die erste Ausgabeleitung 148 dem Steuergerät 130 zur Berechnung der Winkelposition zugeführt. Das zweite Ausgangssignal 155 des induktiven Drehzahlsensor 152 wird direkt dem Steuergerät 130 zugeführt bzw. liegt diesem aufgrund der Anordnung des induktiven Drehzahlsensor 152 im Steuergerät 130 vor. Die Plausibilisierung des erstens Ausgangssignals 127 erfolgt dann im Inverter 132 des Steuergeräts 130, der das zusätzliche, zweite Ausgangssignal 155 mit dem ersten Ausgangssignal 127 des induktiven Positionssensors 120 vergleicht.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen können wie folgt modifiziert werden. Der Sensor muss nicht zwingend am Schaftende („end-of-shaft“) bzw. Rotorwelle sitzen, sondern kann beispielsweise halbmondförmig oder bogenförmig (Kreissegment) an beliebiger Stelle der Welle sitzen. Auch eine Ausführung des Sensors als „trough-shaft“, das heißt Sensor mit kreisrunder Öffnung, ist grundsätzlich realisierbar. Der Sensor kann so an beliebiger Stelle entlang der Welle sitzen. Das Geberrad kann somit bei Segment- bzw. Kreisbogenausführung des Sensors an der jeweiligen Stelle entlang der Welle angebracht sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Sensorsystem ist der Signalpfad analysierbar und damit nachweisbar. Ist die Inertialsensorik als S MD- Bauteil montiert, ist diese visuell nachweisbar. Die Inertialsensorik auf dem Inverter ist visuell nachweisbar. Ein Nachweis kann über eine Messung der elektrischen Signale vom Sensor (SIN/COS Analogsignale vom Positionssensor, pulsartige Signale vom Drehzahlsensor) erfolgen. Ggf. kann eine Analyse des Statorteils des Sensors (Spulensystem, ggf. weitere charakteristischen Komponenten auf der Sensor-
Leiterplatte) erfolgen.

Claims

Ansprüche
1. Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements (114) umfassend: mindestens einen induktiven Positionssensor (120), welcher eingerichtet ist zur Erfassung mindestens einer Information über die Rotationseigenschaft des rotierenden Elements (114) und zum Ausgeben mindestens eines Positionssensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Rotationseigenschaft aufweist, ein Steuergerät (130), welches eingerichtet ist zum Auswerten des ersten Ausgangssignals, einen induktiven Drehzahlsensor (152), welcher eingerichtet ist zur Erfassung mindestens einer Information über eine Drehzahl des rotierenden Elements (114) und zum Ausgeben mindestens eines Drehzahlsensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Drehzahl aufweist, mindestens eine Auswerteeinheit (126), welche eingerichtet ist zum Verarbeiten des Positionssensorsignals und zum Ausgeben mindestens eines ersten Ausgangssignals (127), wobei die Auswerteeinheit (126) weiterhin eingerichtet ist zum Verarbeiten des Drehzahlsensorsignals und zum Ausgeben mindestens eines zweiten Ausgangssignals (155), welches die mindestens eine Information über die Drehzahl des rotierenden Elements (114) aufweist, wobei das Sensorsystem (110) eingerichtet ist zum Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals (127) mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals (127) mit dem zweiten Ausgangssignal (155).
2. Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der induktive Drehzahlsensor (152) eingerichtet ist zum Kommunizieren mit dem Steuergerät (130).
3. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (126) mittels mindestens einer ersten Ausgabeleitung (148) mit dem Steuergerät (130) verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit (126) eingerichtet ist zum Ausgeben des ersten Ausgangssignals und des zweiten Ausgangssignals an das Steuergerät (130) über die erste Ausgabeleitung (148) oder wobei die Auswerteeinheit (126) mittels mindestens einer ersten Ausgabeleitung (148) und einer zweiten Ausgabeleitung (182) mit dem Steuergerät (130) verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit (126) eingerichtet ist zum Ausgeben des ersten Ausgangssignals an das Steuergerät (130) über die erste Ausgabeleitung (148), wobei die Auswerteeinheit (126) eingerichtet ist zum Ausgeben des zweiten Ausgangssignals an das Steuergerät (130) über die zweite Ausgabeleitung (182).
4. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät (130) oder der Positionssensor (120) den induktiven Drehzahlsensor (154) aufweist.
5. Sensorsystem (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der induktive Drehzahlsensor (152) mit dem Steuergerät (130) mittels mindestens einer Spannungsschnittstelle oder Stromschnittstelle verbunden ist.
6. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der induktive Drehzahlsensor (152) zum Übertragen des Drehzahlsensorsignals eine Ausgangsleitung oder zwei Ausgangsleitungen aufweist.
7. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der induktive Drehzahlsensor (152) mindestens eine Spulenanordnung (160) aufweist, wobei die Spulenanordnung (160) mindestens eine Erregerspule (162) und mindestens eine Empfängerspule (164) umfasst, wobei die anwendungsspezifische integrierte Schaltung (128) eingerichtet ist, um ein Erregersignal für die Erregerspule (162) der Spulenanordnung (160) des induktiven Drehzahlsensors (152) bereitzustellen, oder wobei der induktive Drehzahlsensor (152) einen Schwingungsgenerator (166) aufweist, der eingerichtet ist, um ein Erregersignal für die Erregerspule (162) der Spulenanordnung (160) des induktiven Drehzahlsensors (152) bereitzustellen.
8. Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der induktive Drehzahlsensor (152) einen Hochfrequenzverstärker (174) zum Einstellen einer Betriebsfrequenz des Erregersignals, einen Demodulator (176) zum Demodulieren eines Empfängersignals der Empfängerspule (164), einen Tiefpassfilter (178) zum Tiefpassfiltern des demodulierten Empfängersignals und einen Nachverstärker (180) zum Verstärken des Empfängersignals und Umwandeln des Empfängersignals in eine Rechteckform aufweist.
9. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der induktive Drehzahlsensor (152) und der Positionssensor (120) eingerichtet sind, mittels einer gemeinsamen Spannungs- und Masseverbindung mit einer elektrischen Energiequelle elektrisch kontaktiert zu sein, oder zumindest teilweise galvanisch getrennt mittels einer Spannungs- und Masseverbindung mit einer elektrischen Energiequelle elektrisch kontaktiert zu sein.
10. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (126) oder der induktive Drehzahlsensor (152) mindestens eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (128, 170) aufweist, die eingerichtet ist zum Verarbeiten des Drehzahlsensorsignals und zum Ausgeben mindestens eines zweiten Ausgangssignals (155).
11. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät (130) eingerichtet ist zum Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals mit dem zweiten Ausgangssignal.
12. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Plausibilisierungsschaltung (160), wobei die Plausibilisierungsschaltung (160) eingerichtet ist zum Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals mit dem zweiten Ausgangssignal. Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteeinheit (126) eingerichtet ist zum Ausgeben des plausibilisierten ersten Ausgangssignals an das Steuergerät (130). Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das um die Rotationsachse (112) rotierende Element (114) eine Rotorwelle (116) eines Elektromotors (118), insbesondere eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs, ist. Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements (114), wobei das Verfahren die Verwendung mindestens eines Sensorsystems (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei das Verfahren weiterhin folgende Schritte umfasst:
Erfassen mindestens einer Information über eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements (114) mittels des mindestens einen induktiven Positionssensors (120);
Erzeugen mindestens eines Positionssensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Rotationseigenschaft aufweist, mittels des Positionssensors (120),
Verarbeiten des Positionssensorsignals und Erzeugen mindestens eines ersten Ausgangssignals mittels der Auswerteeinheit (126),
Erfassen mindestens einer Information über eine Drehzahl des rotierenden Elements (114) mittels des mindestens einen induktiven Drehzahlsensors;
Erzeugen mindestens eines Drehzahlsensorsignals, welches die mindestens eine Information über die Drehzahl des rotierenden Elements (114) aufweist, mittels des induktiven Drehzahlsensors,
Verarbeiten des Drehzahlsensorsignals und Erzeugen mindestens eines zweiten Ausgangssignals mittels der Auswerteeinheit (126), und Plausibilisieren des ersten Ausgangssignals mittels Vergleichens des ersten Ausgangssignals mit einem zweiten Ausgangssignal.
PCT/EP2023/075907 2022-10-19 2023-09-20 Sensorsystem zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines um mindestens eine rotationsachse rotierenden elements WO2024083430A1 (de)

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