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Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Störfeldkompensation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine nach dem Verfahren arbeitende elektronische Schaltung, die mit einer Sensoranordnung zur Ermittlung eines absoluten Lenkwinkels und/oder Drehmoments verbindbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät und eine elektrische Hilfskraftlenkung, die mit einer solchen Schaltung ausgestattet sind.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die von Sensoranordnungen erzeugte Sensorsignale auswerten, um den Lenkwinkels und/oder das ein Drehmoment im Lenkstrang einer Hilfskraftlenkung zu ermitteln.
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Die
DE 10 2007 011 675 A1 beschreibt eine Sensoranordnung in einem Lenkstrang einer Hilfskraftlenkung, wobei zwei um 90 Grad zueinander versetze Hall-Sensoren Sensorsignale zur Ermittlung des Lenkwinkels erzeugen. Dazu sind die Hall-Sensoren einem gemeinsamen und bezüglich einer Drehachse radial oder stirnseitig angeordneten magnetischem Feldgeberring zugeordnet, der ein aus magnetischem Nordpol und Südpol bestehendes Polpaar aufweist. Dabei ist jeder Pol mit einer halben sinusförmigen Magnetisierung entsprechend einer Wellenlänge versehen, wobei der Feldgeberring aus einem magnetisierbaren Material besteht, dessen Magnetisierung künstlich eingebracht ist.
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In der
DE 198 18 799 C2 wird eine Sensoranordnung beschrieben, die einen Drehwinkelsensor mit zwei magnetischen Ringen und drei zugeordneten Sensorelementen aufweist. Zur Bestimmung eines eindeutigen Winkels innerhalb eines Vollkreises von 360 Grad wird eine Kombination aus Hall- und MR-Sensoren verwendet, wobei die Signale der Hall-Sensoren zur Bereichs-Unterscheidung verwendet werden.
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Die bekannten Sensoranordnungen liefern zwar eindeutige Sensorsignale, die für die Ermittlung des Lenkwinkels und/oder des Drehmomentes ausgewertet werden. jedoch hat sich gezeigt, dass die Sensorsignale von verschiedenen Störeinflüssen beeinträchtigt werden. Hierdurch können die gemessenen Sensorsignale stark verfälscht werden. Werden beispielsweise solche Sensoranordnungen bei einem mehrphasigen Elektrolenksystem eingesetzt, so können auch Störeinsstrahlungen von einzelnen Phasenströmen auf die Sensorik auftreten. Eine wirksame Störfeldkompensation wäre hier sehr wünschenswert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie danach arbeitende Vorrichtung zur Störfeldkompensation vorzuschlagen. Insbesondere soll eine elektronische Schaltung zur Störfeldkompensation an oder in einer Sensoranordnung vorgeschlagen werden, um eine störfeldkompensierte Ermittlung von Lenkwinkeln und/oder Drehmomenten in einer solchen Hilfskraftlenkung zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst.
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Demnach wird vorgeschlagen, das von der Sensoranordnung erzeugte mindestens eine Sensorsignal mit einem Kompensationssignal zu beaufschlagen, welches mittels einer Addition zweier frequenzgleicher sinusförmiger Signale erzeugt wird, wobei diese Signale von Antriebsströmen eines Elektromotors abgeleitet werden, der in der elektrischen Hilfskraftlenkung montiert ist. Vorzugsweise werden zwei sinusförmige Antriebsströme eines mehrphasigen Induktionsmotors herangezogen. Die Auswahl der zwei Antriebsströme erfolgt in Abhängigkeit davon, welche unterschiedlichen Phasenlagen die sinusförmigen Signale (Eingangssignale) aufweisen sollen, um bei dem damit erzeugten Kompensationssignal (Ausgangssignal) die gewünschte Phasenlage zu erzielen. Die Zuordnung ist vorzugsweise in einer Nachschlagetabelle gespeichert.
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Die Erfindung nutzt somit die ohnehin vorhandenen Antriebsströme des Elektromotors, um daraus zwei sinusförmige, frequenzgleiche, aber phasenverschiedene Eingangssignale abzuleiten, aus denen dann mittels Addition ein Kompensationssignal gewünschter Amplitude und Phasenlage erzeugt wird. Da die beiden Eingangssignale (zwei einzelne Sinussignale) aus Antriebsströmen abgeleitet werden, die zueinander um eine feste Phase verschoben sind, z. B. um 30 Grad, ist es von Vorteil, wenn die zwei Sinussignale faktorisiert addiert werden, um somit ein Summensignal mit einer für die Kompensation gewünschten Phasenlage zu bilden. Durch eine weitere Faktorisierung wird die Amplitude des Summensignales auf einen gewünschten Betrag normiert. Dieses faktorisierte Summensignal bildet das Kompensationssignal, mit welchem das gestörte Sensorsignal beaufschlagt wird, Dies geschieht vorzugsweise, indem das Kompensationssignal von dem Sensorsignal subtrahiert wird, um schließlich ein kompensiertes Sensorsignal zu erhalten.
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Durch den Zugriff auf die Antriebsströme und die Addition von daraus abgeleiteten Sinussignale, insbesondere durch eine faktorisierte bzw. gewichtete Addition, kann sehr effektiv und sehr geringem Rechenaufwand ein Kompensationssignal mit vorgebbarer Phasenlage und Amplitude gebildet werden.
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Vorgeschlagen werden auch eine nach dem Verfahren arbeitende elektronische Schaltung zum Anschluss an eine Sensoranordnung (Sensorik), sowie ein damit ausgestattetes Steuergerät für eine elektrische Hilfskraftlenkung. Außerdem wird eine damit ausgestattete elektrische Hilfskraftlenkung vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche folgende schematischen Darstellungen wiedergeben:
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1 zeigt den Aufbau einer elektrischen Hilfskraftlenkung, in die eine erfindungsgemäße Schaltung eingebaut ist;
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2 zeigt den Aufbau der Schaltung, die mit einer Sensorik verbunden ist und an deren Sensorsignal eine Störfeldkompensation vornimmt;
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren, das die Schaltung zur Störfeldkompensation ausführt;
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4 bezieht sich auf einen Schritt des Verfahrens und veranschaulicht eine Addition bzw. Überlagerung von zwei frequenzgleichen Sinussignalen zu einem sinusförmigen Summensignal;
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5 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und veranschaulicht die Abhängigkeit der Phasenlage des Summensignals von einer Faktorisierung bzw. Gewichtung der Sinussignale;
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6 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und veranschaulicht die Abhängigkeit der Amplitude des Summensignals von einer Faktorisierung bzw. Gewichtung der Sinussignale;
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7 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und veranschaulicht die Normierung des Summensignals auf eine bestimmte Amplitude;
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8 bezieht sich auf einen weiteren Schritt des Verfahrens und veranschaulicht die Auswahl der zur Störfeldkompensation verwendeten Sinussignale bei einem dreiphasigen System (Drehstrommotor).
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In der 1 ist der Aufbau einer erfindungsgemäßes elektrischen Hilfskraftlenkung 1 (kurz auch: Elektrolenkung genannt) für ein Fahrzeug zu sehen, bei dem in einem Lenkgehäuse eine axial verschiebbar angeordneten Zahnstange 2 angeordnet ist. In diese Zahnstange 2 greift ein Ritzel 3 kämmend ein, welches mit einer Lenkspindel bzw. Lenksäule 4 wirkverbunden ist, über die die vom Fahrer aufgebrachte Lenkkraft übertragen wird.
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Zur Unterstützung dieser manuell aufgebrachten Kraft ist ein Elektromotor EM vorgesehen, der mittels einer elektronischen Steuereinheit ECU und einer nachgeschalteten Leistungseinheit PU gesteuert wird. Der Elektromotor EM ist beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor), der als ein bei Gleichspannung betriebener mehrphasiger Wechselspannungsmotor (AC-Motor) ausgebildet ist und über ein Ritzel hilfskraftunterstützend auf die Zahnstange 2 wirkt. Zur Ansteuerung des Motors EM wird eine dem Steuergerät ECU vorgeschaltete Sensoranordnung SAN eingesetzt, die z. B. magento-resistive Sensoren und/oder Hall-Sensoren aufweisen kann, die insbesondere die Rotorlage des Elektromotors erfassen und als Sensorsignal HS an die Steuereinheit ECU bzw. an eine darin befindliche elektrische Schaltung ESK übertragen. Vorzugsweise befindet sich die Sensoranordnung in der Nähe zu den Stromleitungen, über die die Antriebsströme zum Elektromotors fließen.
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In dem in 2 dargestellten Beispiel werden die Steuersignale CS auf die dem Elektromotor EM vorgeschaltete Leistungsstufe PU geführt, die hier auch als Vorschaltgerät bezeichnet wird und steuerbare Leistungshalbleiter enthält. Diese erzeugen dann z. B. drei Antriebsströme Iu, Iv und Iw für den Elektromotor EM, also für jede Phase einen sinusförmigen Antriebsstrom (s. auch 8). Zur Ansteuerung des Elektromotors EM müssen die Sensorsignale HS möglichst genau und ungestört sein.
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Der Erfindung geht jedoch von der Erkenntnis aus, dass die von der Sensoranordnung SAN bzw. den darin montierten Sensoren (z. B. MR oder Hall) kommenden Sensorsignale stark gestört sein können. Untersuchungen des Erfinders haben ergeben, dass im Sensorsignal HS insbesondere Störungen n-ter Ordnung auftreten, wobei n der Polpaarzahl des Elektromotors EM entspricht. Um hier eine wirksame Störfeldkompensation vorzuschlagen, wird in das Steuergerät ECU eine elektronische Schaltung ESK eingesetzt, die nachfolgend näher beschrieben wird. Dabei geht die Erfindung auch von der Erkenntnis aus, dass das benötigte Kompensationssignal KS durch Überlagerung von zwei sinusförmigen Signalen erzeugt werden kann, wobei hierzu auf die bereits vorhandenen Sinussignale zurückgegriffen werden kann, mit denen der Elektromotor bestromt wird, also auf die ohnehin vorhandenen Antriebsströme zurückgegriffen werden kann.
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Die 2 zeigt den Aufbau einer Anordnung umfassend eine Sensorik bzw. Sensoranordnung SAN und eine damit verbundene elektronische Schaltung ESK zur Störfeldkompensation von Sensorsignalen, die von der Sensorik erzeugt werden. Bevor hier näher auch die Schaltung ESK eingegangen wird, sollen zunächst die Sensorik SAN und die von ihr erzeugten Sensorsignale (z. B. HS), welche störbehaftet sein können, beschrieben werden.
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Die Sensorik SAN ist an der Rotorwelle des Elektromotors angeordnet und weist einen magneto-resistiven Sensor und zwei Hall-Sensoren auf, die jeweils um 90 Grad versetzt sind. Auf der Welle selbst ist ein Feldgeberring radial oder stirnseitig angeordnet, der ein Polpaar mit einem magnetischen Nordpol und einem magnetischen Südpol aufweist. Dabei kann es sich z. B. um eine magnetisierte Scheibe (Magnettablette) handeln. Mittels des aus dem Stand der Technik bekannten sin/cos – Auswerteverfahrens, dem so genannten Quadratur-Verfahren, kann aus den analogen Signalen der Hall-Sensoren ein zugehöriger Winkelwert ermittelt werden. Mit dem magneto-resistiven Sensor allein, der nur die magnetische Feldstärke, nicht aber die Feldrichtung, erkennen kann, wäre bei dieser Anordnung eine absolute Messung des Winkels nur im Bereich von 0–180 Grad möglich. Diese Einschränkung wird durch den Einsatz der Hall-Sensoren überwunden, der auch die Feldrichtung, d. h. die Polung eines erfassten Magnetpols, erkennen kann. Durch eine Auswertung aller Sensorsignale kann eine eindeutige Bestimmung des absoluten Winkels durchgeführt werden. Ein solche Sensoranordnung SAN ist an sich bekannt (s.
DE 198 18 799 C2 ) und wird deshalb hier nicht weiter beschrieben.
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Es hat sich nun gezeigt, dass insbesondere die von den Hall-Sensoren kommenden Sensorsignale HS durch Störeinstrahlungen verfälscht bzw. gestört sein können. Eine erfindungsgemäße Kompensation wird im folgenden beispielhaft an dem erzeugten Sensorsignal HS beschrieben. Zur Kompensation werden Maßnahmen vorgeschlagen, die auch anhand der übrigen Figuren veranschaulicht werden. Dabei wird insbesondere auch auf die 3 Bezug genommen, welche ein Ablaufdiagram für ein Verfahren zur Störfeldkompensation darstellt, nach welchem die Schaltung ECU arbeitet bzw. ausgelegt ist.
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Wie anhand der 2 zu sehen ist, werden in die Schaltung ESK zwei der Antriebsströme, hier Iu und Iv, eingespeist, die jeweils ein Sinussignal sin1 bzw. sin2 darstellen. Dies geschieht im Schritt 110 des Verfahrens 100 (s. 3). Auf den Einsatz von eigenen Sinusgeneratoren kann also verzichtet werden. Die von den Antriebsströmen Iu und Iv abgeleiteten Sinussignale haben dieselbe Frequenz f0, weisen aber verschiedene Phasenlagen auf (s. auch 8). Bei der hier dargestellten Betrachtung der vierten Ordnung eines dreiphasigen System sind die aus den Antriebsströmen gewonnenen Sinussignale um jeweils 30 Grad zueinander verschoben. Werden z. B. die Signale Iu und Iv herangezogen, so kann durch die Schaltung ESK ein Kompensationssignal KS erzeugt werden, dessen Phasenlage zwischen 0 und 30 Grad liegt (Bereich 1 in 8). Soll die Phasenlage von KS bzw. HS' im Bereich zwischen 30 und 60 Grad liegen, so sollten die Signale Iv und Iw der Schaltung ESK zugeführt werden, usw.. Um die gewünschte Phasenlage für das Kompensationssignal KS zu erhalten, wird also eine Auswahl von zwei Antriebsströmen vorgenommen, die dem entsprechenden Bereich (s. 8) zuzuordnen sind, d. h. deren Nulldurchgänge am Anfang bzw. am Ende des jeweiligen Bereichs liegen. Dazu wird die Tabelle TAB verwendet. Je nachdem, in welchem Bereich die gewünschte Phasenlage (Referenzwinkel von HS' bzw. KS) liegen soll, werden anhand dieser Zuordnungs-Tabelle TAB die beiden passenden Antriebsströme ausgewählt und folglich die beiden passenden sinusförmigen Signale sin1 und sin2 bereitgestellt.
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Anhand der 4 wird die durch die Schaltung ESK durchgeführte Überlagerung von zwei frequenzgleichen Sinussignalen (sin1 und sin2) zu einem resultierendem Sinussignal (Kompensationssignal KS) veranschaulicht. Beispielsweise hat das Signal sin1 die Phasenlage Null und das Signal sin2 ist voreilend und z. B. um –60 Grad verschoben. Durch Addition beider Signale entsteht ein Summensignal sin1 + sin2, das auch einem sinusförmigen Signal entspricht, welches dieselbe Frequenz aufweist, dessen Amplitude und Phasenlage aber sich durch die Überlagerung der beiden Signale sin1 und sin2 ergibt. Die Amplitude kann durchaus größer als jede Einzelamplitude sein. Die Phasenlage wiederum kann jeden Wert zwischen den Phasenlagen der Einzelsignale annehmen, also im gezeigten Beispiel zwischen –60 und 0 Grad liegen. In der 4 sind die Amplituden der Eingangssignale sin1 und sin2 auf den Wert Eins normiert. Durch die Überlagerung ergibt sich für das Summensignal sin1 + sin2 eine Phasenlage von –30 Grad. Werden die Eingangssignale (Einzelsignale) sin1 und sin2 jeweils mit einem Vorfaktoren F1 bzw. F2 multipliziert und dann addiert, so gilt für die Phasenlage des resultierenden Summensignales: φres = F1·φsin1 + F2·φsin2 (Formel 1)
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Das bedeutet, dass sogar bei festgelegten Phasenlagen für die Einzelsignale sin1 und sin2 durch Faktorisierung bzw. Wichtung der Einzelsignale ein resultierendes Signal erzeugt werden kann. dessen resultierende Phasenlage zwischen den festgelegten Phasenlagen der Einzelsignale liegt. Somit entsprechen die Faktoren F1 und F2 Verschiebe-Faktoren, weil sie die Verschiebung der resultierenden Phasenlage φres bestimmen. Die Faktorisierung wird in der Schaltung ESK durch entsprechende Multiplikatoren M1 bzw. M2 realisiert (s. 2 sowie Schritt 120 in 3). Zur Vereinfachung werden die Faktoren F1 und F2 so vorgegeben, dass ihre Summe immer gleich Eins ist, so dass also gilt: F1 + F2 = 1.
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Somit braucht nur einer der Faktoren, z. B. F2 als Verschiebe-Faktor vorgegeben zu werden. Der Zusammenhang zwischen Verschiebe-Faktor F2 und der resultierenden Phasenlage ist in 5 dargestellt. Es zeigt sich eine bereichsweise kosinusförmige Abhängigkeit entsprechend der folgenden Formel: φres = (cos(180° + F2·180°) + 1)·(φsin2 – φsin1)/2 (Formel 2)
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Durch Umstellung der Formel kann also eine Berechnung von F2 für eine gewünschte Phasenlage φres durchgeführt werden. Durch die Addition der faktorisierten Einzelsignale ergibt sich am Ausgang des ersten Addierers (s. A1 in 2 sowie Schritt 130 in 3) das folgende resultierendes Sinussignal: sinres = (1 – F2)·sin1 + F2·sin2 (Formel 3)
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Zu beachten ist, dass die Variation der Amplitude nicht linear von der Winkelverschiebung abhängig ist, sondern einer besonderen Funktion folgt, die in 6 dargestellt ist und welche auch nicht durch eine trigonometrische Funktion angenähert werden kann. Daher wird zur Ermittlung der Amplitude folgender Ansatz gemacht:
Da ein Sinussignal seinen maximalen Funktionswert bei 90 Grad aufweist, braucht nur der Funktionswert an der entsprechenden Stelle berechnet werden, um den Wert der Amplitude zu ermitteln. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Signal dessen Amplitude zu berechnen ist, um einen beliebigen Winkel zwischen den Phasenlagen der Einzelsignale sin1 und sin2 verschoben sein. Somit kann die Amplitude mit Hilfe der folgenden Formel berechnet werden: A = (1 – F2)·sin1(P1) + F2·sin2(P1)
= (1 – F2)·sin(φ1 + 90° + Versch·Ord) + F2·sin(φ2 + 90° + Versch·Ord)
= (1 – F2)·cos(φ1 + Versch·Ord) + F2·cos(φ2 + Versch·Ord) (Formel 4)
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Die 7 zeigt diese Zusammenhänge am Beispiel eines zu berechnenden Funktionswertes. Mittels der berechneten Amplitude A kann das Signal so normiert werden, dass seine Amplitude für alle Verschiebungen den Wert Eins aufweist. Der Umkehrwert 1/A entspricht dabei dem Normierungsfaktor F3. Die Normierung erfolgt in dem Multiplikator M2 (s. 2) bzw. im Schritt 140 (s. 3). Somit ergibt sich folgende Formel: sinres = ((1 – F2)·sin1 + F2·sin2)·F3 (Formel 5)
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Mit Hilfe dieser Formel ist es möglich, mittels zweier zueinander phasenverschobener Sinussignale mit der Amplitude 1 und einer beliebigen Phasenlage φ(φ1 < φ < φ2) ein resultierendes sinusförmiges Kompensationssignal KS = sinres zu erzeugen, das eine gewünschte Phasenlage φres und eine gewünschte max. Amplitude Amax = F3 aufweist. Das resultierende Kompensationssignal KS wird dann von dem störbehafteten Sensorsignal HS abgezogen, wodurch sich das entstörte Sensorsignal HS' ergibt (s. 2 und Schritt 150 in 3).
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In mehrphasigen Systemen (z. B. Drehstrommotoren) kann es aufgrund der Beschränkung (φ1 < φ < φ2) erforderlich sein, zuerst die passenden Phasenströme für die Kompensation auszuwählen.
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Nachfolgend wird dies am Beispiel eines Störsignal vierter Ordnung in einem dreiphasigen System beschrieben: Das bedeutet, dass ein Fehler vierter Ordnung in einem dreiphasigen System kompensiert werden soll und deshalb die Phasendifferenz zwischen den einzelnen Sinussignalen 30 Grad beträgt (= 360 Grad/3/4).
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Aufgrund der Tatsache, dass es sich um ein Signal vierter Ordnung handelt, kann die Phasenlage durch Subtraktion aller Vielfachen von 90 Grad auf einen Bereich von 0 bis 90 Grad beschränkt werden.
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Da bei fester Auswahl zweier zur Kompensation verwendeter Phasenströme nur ein Bereich von 30 Grad abgedeckt werden kann, muss zunächst eine Bereichsunterscheidung gemacht werden.
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Die 8 sowie die unten stehende Tabelle TAB verdeutlichen dies. Je nachdem, in welchem Bereich die ermittelte Phasenlage liegt, werden die entsprechenden Phasenströme zur Signalgenerierung verwendet (s. auch TAB in 2 sowie Schritt 110 in 3).
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Die Zuordnung wird folgender Tabelle TAB entnommen:
| Bereich | Sin1 | Sin2 |
| Bereich 1 | Iu | Iv |
| Bereich 2 | Iv | Iw |
| Bereich 3 | Iw | Iu |
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Nach der Bereichsunterscheidung muss das zu generierende Signal lediglich in einem Bereich von 0 bis 30 Grad verschoben werden. Die dazu notwendigen Parameter (Verschiebe-Faktor VF = F2 und Normierungs-Fakor NF = F3) können nach den oben genannten Formeln berechnet werden.
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Mit den beschriebenen Maßnahmen und Formeln kann somit ein beliebig verschobenes Sinussignal mit derselben Ordnung wie die der generierten Sinussignale sin1 und sin2 erzeugt werden, wobei die Amplitude auf Eins normiert werden kann.
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Um nun die Störfeldeinflüsse durch die feldverursachenden Ströme kompensieren zu können, muss der Zusammenhang zwischen der Amplitude des Phasenstroms und der Amplitude des Störsignals ermitttelt werden. Dies kann z. B. messtechnisch oder mittels einer Simulation erfolgen. Der Zusammenhang zwischen Phasenstrom und Störsignalamplitude wird durch den Störfeldeinflussfaktor SF repräsentiert. Wird dieser mit der Formel 5 multipliziert, so ergibt sich folgende Formel für die Kompensation des Störsignals vierter Ordnung, wobei sin1 und sin2 aus der zuvor genannten Tabelle TAB ausgewählt wird: KS = ((1 – VF)·sin1 + VF·sin2)·NF·SF
= ((1 – F2)·sin1 + F2·sin2)·F3, wobei F3 = NF·SF (Formel 6)
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Demnach sind für die Erzeugung des Kompensationssignals KS nur drei Multiplikationen und eine Addition erforderlich (s. auch 2). Das so generierte Kompensationssignal KS braucht dann nur noch von dem gestörten Sensorsignal HS subtrahiert zu werden.
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Mit anderen Worten: Es wird vorgeschlagen, das ein Kompensationssignal KS im wesentlichen durch eine faktorisierte Additition zweier sinusförmiger Signale sin1 und sin2 zu erzeugen. Dabei wird ausgenutzt, dass die Addition phasenverschobener Sinussignale mit derselben Frequenz, wieder ein Sinussignal mit dieser Frequenz ergeben. Werden die Signale sin1 und sin2 vor der Addition mit Faktoren multipliziert, hier mit F1 bzw. F2, so kann die Phasenlage des resultierenden Sinussignals (am Ausgang des Addierers A1) verschoben werden. Wird dann dieses Sinussignal mit einem Faktor F3 multipliziert, so ergibt sich ein sinusförmiges Kompensationssignal KS mit vorgebbarer Phasenlage und mit normierter sowie auf das Störfeld hin optimierter Amplitude.
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Insgesamt werden zur Kompensation also lediglich drei Multiplikationen und zwei Additionen benötigt. Das wiederum bedeutet eine wesentlich geringere Rechenleistung als etwa eine Kompensation durch Signalüberlagerung oder Vektoraddition. Außerdem, weil die das Störfeld verursachenden Ströme hier direkt als Führungsgröße bei der Kompensation verwendet werden, ergibt sich der Vorteil einer direkten Kopplung zwischen Ursache und Wirkung. Dadurch wird die Störanfälligkeit der Kompensation selbst vermindert.
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In der in der 2 gezeigten Schaltung ESK sind exemplarisch drei Multiplikationsstufen und zwei Addierstufen dargestellt. Die Realisierung kann z. B. durch einen anwendungs-spezifischen Integrierten Schaltkreis (ASIC) realisiert werden, der etwa in das Steuergerät ECU für den Motor einer Elektrolenkung integriert ist. Alternativ dazu kann die Erfindung auch mittels eines programmierten Mikrocontrollers oder dergleichen realisiert werden.
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Zusammenfassend werden ein Verfahren und danach arbeitende Vorrichtungen vorgeschlagen, insbesondere eine Schaltung ESK, die ein Kompensationssignal KS durch eine faktorisierte Addition zweier sinusförmiger Signale sin1, sin2 erzeugt. Dabei wird ausgenutzt, dass bei einer elektrischen Hilfskraftlenkung bereits sinusförmige Antriebsströme Iu, Iv, Iw zur Verfügung stehen und dass die Addition phasenverschobener Sinussignale mit derselben Frequenz, wieder ein Sinussignal mit dieser Frequenz ergibt. Die Signale sin1, sin2 werden vor der Addition mit Faktoren F1, F2 multipliziert, wodurch die Phasenlage des resultierenden Sinussignals bzw. Summensignals am Ausgang des Addierers A1 verschoben werden. Diese Summensignal wird dann mit einem Faktor F3 multipliziert, der sowohl der Amplitudennormierung wie auch Anpassung an das Störfeld entspricht, um schließlich ein sinusförmiges Kompensationssignal KS mit vorgebbarer Phasenlage und mit normierter sowie auf das Störfeld hin optimierter Amplitude zu erhalten. Das Kompensationssignal KS wird dann von dem gestörten Sensorsignal HS subtrahiert.
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Bezugszeichenliste
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- SAN
- Sensoranordnung
- H1, H2
- Hall-Sensoren
- MR
- magnetoresistiver Sensor
- N, S
- Nord- bzw. Südpol (Feldgeberring)
- HS
- Sensorsignal
- KS
- Kompensationssignal
- HS'
- Störfeld-kompensiertes Sensorsignal
- ECU
- Steuergerät mit:
- ESK
- Schaltung zur Kompensation
- MEM
- Speicher für Tabelle TAB
- M1, M2, M3
- Multiplikatoren zur Faktorisierung F1, F2 und F3
- A1, A2
- Addierer
- 100
- Verfahren zur Störfeldkompensation
- 110
- Schritt zur Erzeugung von Sinussignalen
- 120
- Schritt zur Faktorisierung der Sinussignale (Verschiebungsfaktor)
- 130
- Schritt zur Bildung eines Summensignal durch Addition der faktorisierten Sinussgnale
- 140
- Schritt zur Faktorisierung des Summensignals (Normierungsfaktor) zur Bildung des Kompensationssignals
- 150
- Schritt zur Kompensation durch Subtraktion des Kompensationssignals von dem Sensorsignal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007011675 A1 [0003]
- DE 19818799 C2 [0004, 0027]