DE102022106475A1 - Sensor carrier, inductive position sensor, method for compensating non-linearities in sensor carriers, computer program product, control unit and X-by-wire system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Sensorträger (2) für einen induktiven Positionssensor (1), mit einer auf und/oder in dem Sensorträger (2) angeordneten, ersten, im Wesentlichen cosinusförmig ausgebildeten Empfängerspule (4), an der eine erste Spannung Ucandyabgreifbar ist, sowie mit einer auf und/oder in dem Sensorträger (2) angeordneten zweiten, im Wesentlichen sinusförmig ausgebildete Empfängerspule (5), an der eine zweite Spannung Ueyeabgreifbar ist, wobei die erste Empfängerspule (4) und die zweite Empfängerspule (5) derart konfiguriert sind, dass aus den empfangenen Spannungssignalen der Empfängerspulen (4, 5) mittels eines mathematischen Zusammenhangs die Position eines Sensortargets (7) in einer Steuereinheit (3) bestimmbar ist, wobei die zweite Empfängerspule (5) als eine nichtlineare Kompensationsspule ausgeführt ist, indem die zweite Empfängerspule (5) eine entlang ihrer Erstreckung ungleichmäßige Spulenfläche Aeye(x) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Nichtlinearität des mathematischen Zusammenhangs der Positionsbestimmung kompensiert wird.The invention relates to a sensor carrier (2) for an inductive position sensor (1), with a first, essentially cosine-shaped receiver coil (4) arranged on and/or in the sensor carrier (2), from which a first voltage Ucandy can be tapped, and with a second, essentially sinusoidal receiver coil (5) arranged on and/or in the sensor carrier (2), from which a second voltage Ueye can be tapped, the first receiver coil (4) and the second receiver coil (5) being configured in such a way, that the position of a sensor target (7) in a control unit (3) can be determined from the received voltage signals of the receiver coils (4, 5) by means of a mathematical relationship, the second receiver coil (5) being designed as a non-linear compensation coil by the second receiver coil (5) has a coil surface Aeye(x) which is uneven along its extent and is designed in such a way that a non-linearity of the mathematical relationship of the position determination is compensated for.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensorträger für einen induktiven Positionssensor, mit einer auf und/oder in dem Sensorträger angeordneten, ersten, im Wesentlichen cosinusförmig ausgebildeten Empfängerspule, an der eine erste Spannung Ucandy abgreifbar ist, sowie mit einer auf und/oder in dem Sensorträger angeordneten zweiten, im Wesentlichen sinusförmig ausgebildete Empfängerspule, an der eine zweite Spannung Ueye abgreifbar ist, wobei die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule derart konfiguriert sind, dass aus den empfangenen Spannungssignalen der Empfängerspulen, mittels eines mathematischen Zusammenhangs die Position eines Sensortargets in einer Steuereinheit bestimmbar ist. Die Erfindung betrifft ferner einen induktiven Positionssensor, ein Verfahren zur Kompensation von Nicht-Linearitäten bei Sensorträgern, ein Computerprogrammprodukt, eine Steuereinheit und ein X-by-wire System.The present invention relates to a sensor carrier for an inductive position sensor, with a first, essentially cosine-shaped receiver coil arranged on and/or in the sensor carrier, on which a first voltage U candy can be tapped, and with a on and/or in the sensor carrier arranged second, essentially sinusoidal receiver coil, on which a second voltage U eye can be tapped, the first receiver coil and the second receiver coil being configured in such a way that the position of a sensor target in a control unit is determined from the received voltage signals of the receiver coils by means of a mathematical relationship is determinable. The invention further relates to an inductive position sensor, a method for compensating for non-linearities in sensor carriers, a computer program product, a control unit and an X-by-wire system.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels. Significant efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the usual driving comfort.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegel-raddifferenzial oder Stirnradifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.A detailed description of an electric drive can be found in an article in the magazine ATZ 113th year, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrative and flexible electric drive unit for electric Vehicles. This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor which is arranged concentrically and coaxially to a bevel gear differential, with a switchable 2-speed planetary gear set being arranged in the power train between the electric motor and the bevel gear differential, which is also is positioned coaxially to the electric motor or the bevel gear differential or spur gear differential. The drive unit is very compact and, thanks to the switchable 2-speed planetary gear set, allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption. Such drive units are also referred to as e-axles or electrically operated drive trains.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.In addition to purely electrically operated drive trains, hybrid drive trains are also known. Such drive trains of a hybrid vehicle usually include a combination of an internal combustion engine and an electric motor, and - for example in metropolitan areas - enable purely electric operation with sufficient range and availability, especially for cross-country journeys. There is also the possibility of being driven simultaneously by the internal combustion engine and the electric motor in certain operating situations.
In vielzähligen dieser Antriebsstränge kommen Sensoren zum Einsatz, welche die Winkel- und Rotationsinformationen, beispielsweise einer elektrischen Maschine erfassen. Diese Sensoren bestehen im vereinfachten Prinzip aus einem Sensorrotor und einem Sensorstator. Der Sensor selbst ist in der Regel fest mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine verbunden. Der Sensorrotor ist meist ein rotationssymmetrisches Bauteil, welches mit dem Rotor der elektrischen Maschine dreht.Many of these drive trains use sensors that record the angle and rotation information, for example of an electric machine. In a simplified principle, these sensors consist of a sensor rotor and a sensor stator. The sensor itself is usually firmly connected to the housing of the electrical machine. The sensor rotor is usually a rotationally symmetrical component that rotates with the rotor of the electrical machine.
In vielen der eingangs genannten Elektromobilitätsanwendungen werden permanenterregte Synchronmaschinen eingesetzt. Eine solche permanenterregte Synchronmaschine umfasst einen zu bestromenden Stator und einen permanenterregten Rotor. Der Rotor umfasst zumeist eine Welle, Wuchtbleche, Rotorblechpakete und Magnete. Die Magnete sind im Allgemeinen in den Rotorblechpaketen fixiert.Permanent magnet synchronous machines are used in many of the electromobility applications mentioned above. Such a permanently excited synchronous machine includes a stator to be energized and a permanently excited rotor. The rotor usually includes a shaft, balancing plates, rotor laminated cores and magnets. The magnets are generally fixed in the rotor laminated cores.
Für die Regelung derartiger elektronisch kommutierter elektrischer Maschinen werden abhängig von der Winkelposition des Rotors elektrische Ansteuergrößen an Statorwicklungen der Maschine angelegt, um diese anzutreiben. Die Rotorlage wird in der Regel mit Hilfe eines Rotorlagesensors erfasst und einem Steuergerät zur Generierung der für die Kommutierung der elektrischen Maschine benötigten Ansteuersignale zugeführt. Rotorlagesensoren liefern entweder eine von der Lage des Rotors abhängige analoge elektrische Größe, z. B. eine Spannung, Signalpulse oder eine digitalisierte Angabe über die absolute Rotorlage. Aus dem Stand der Technik sind derartige Rotorlagesensoren grundsätzlich bekannt, bei denen ein am Rotor drehfest gelagerter Signalgeber (magnetisches Target) mittels eines am Stator drehfest gelagerten Magnetfeldsensors ausgelesen wird.To control such electronically commutated electrical machines, electrical control variables are applied to the stator windings of the machine in order to drive them, depending on the angular position of the rotor. The rotor position is usually detected using a rotor position sensor and fed to a control unit to generate the control signals required for commutation of the electrical machine. Rotor position sensors either provide an analog electrical quantity that depends on the position of the rotor, e.g. B. a voltage, signal pulses or a digitized information about the absolute rotor position. Such rotor position sensors are basically known from the prior art, in which a signal transmitter (magnetic target) mounted in a rotationally fixed manner on the rotor is read out by means of a magnetic field sensor mounted in a rotationally fixed manner on the stator.
So zeigt beispielsweise die
Neben den Rotorlagesensoren, die mit einem magnetischen Target funktionieren, sind auch induktive Rotorlagesensoren bekannt, welche den Vorteil besitzen, auf einen Permanentmagneten verzichten zu können. Dieser Vorteil steht der Herausforderung entgegen, hinreichend genaue Sensorsignale mit Hilfe einer induktiven Sensoranordnung generieren zu können.In addition to the rotor position sensors that work with a magnetic target, inductive rotor position sensors are also known, which have the advantage of being able to do without a permanent magnet. This advantage counteracts the challenge of being able to generate sufficiently accurate sensor signals using an inductive sensor arrangement.
Derartige induktive Sensoren werden zur linearen als auch zur rotativen Positionserfassung eingesetzt. Die Sensoren besitzen eine Oszillatorschaltung, welche durch eine Senderspule eine Wechselspannung in mindestens zwei Empfängerspulen induziert.Such inductive sensors are used for linear and rotary position detection. The sensors have an oscillator circuit, which induces an alternating voltage in at least two receiver coils through a transmitter coil.
Neben der Anwendung derartiger induktiver Sensoren in elektrischen Antriebsmaschinen, sind diese auch häufig in mechatronischen, lenkbaren Achsen zur Feststellung der Lenkposition, des Lenkwinkels, des Einschlagwinkels bekannt.In addition to the use of such inductive sensors in electric drive machines, they are also often known in mechatronic, steerable axles for determining the steering position, the steering angle and the steering angle.
Aus der
Die
Derartige Sensoren haben aber bislang den Nachteil, stets gewisse Nicht-Linearitäten in der Signalauswertung zu besitzen, was zu einer gewissen Unschärfe und Ungenauigkeit in der Positionsmessung führt.However, such sensors have so far had the disadvantage of always having certain non-linearities in the signal evaluation, which leads to a certain blur and inaccuracy in the position measurement.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Sensorträger für einen induktiven Positionssensor bereitzustellen, der eine höhere und verbesserte Messgenauigkeit aufweist. Es ist ebenfalls die Aufgabe der Erfindung einen entsprechend optimierten Positionssensor zu realisieren. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Kompensation von Nicht-Linearitäten bei Sensorträgern zu verwirklichen.It is therefore the object of the present invention to provide a sensor carrier for an inductive position sensor which has higher and improved measurement accuracy. It is also the object of the invention to realize a correspondingly optimized position sensor. Furthermore, it is the object of the invention to implement an improved method for compensating for non-linearities in sensor carriers.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sensorträger für einen induktiven Positionssensor, mit einer auf und/oder in dem Sensorträger angeordneten, ersten, im Wesentlichen cosinusförmig ausgebildeten Empfängerspule, an der eine erste Spannung Ucandy abgreifbar ist, sowie mit einer auf und/oder in dem Sensorträger angeordneten zweiten, im Wesentlichen sinusförmig ausgebildete Empfängerspule, an der eine zweite Spannung Ueye abgreifbar ist, wobei die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule derart konfiguriert sind, dass aus den empfangenen Spannungssignalen der Empfängerspulen, mittels eines mathematischen Zusammenhangs die Position eines Sensortargets in einer Steuereinheit bestimmbar ist, wobei die zweite Empfängerspule als eine nichtlineare Kompensationsspule ausgeführt ist, indem die zweite Empfängerspule eine entlang ihrer Erstreckung ungleichmäßige Spulenfläche Aeye (x) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Nichtlinearität des mathematischen Zusammenhangs der Positionsbestimmung kompensiert wird und/oder die erste Empfängerspule als eine nichtlineare Kompensationsspule ausgeführt ist, indem die erste Empfängerspule (4) eine entlang ihrer Erstreckung ungleichmäßige Spulenfläche Acandy (x) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Nichtlinearität des mathematischen Zusammenhangs der Positionsbestimmung kompensiert wirdThis object is achieved by a sensor carrier for an inductive position sensor, with a first, essentially cosine-shaped receiver coil arranged on and/or in the sensor carrier, on which a first voltage U candy can be tapped, and with a on and/or in the Sensor carrier arranged second, essentially sinusoidal receiver coil, on which a second voltage U eye can be tapped, wherein the first receiver coil and the second receiver coil are configured such that from the received voltage signals of the receiver coils, the position of a sensor target in a Control unit can be determined, wherein the second receiver coil is designed as a non-linear compensation coil, in that the second receiver coil has a non-uniform coil surface A eye (x) along its extension, which is designed such that a non-linearity of the mathematical relationship of the position determination is compensated and / or the first receiver coil is designed as a non-linear compensation coil, in that the first receiver coil (4) has a non-uniform coil surface A candy (x) along its extension, which is designed such that a non-linearity of the mathematical relationship of the position determination is compensated
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine deutlich erhöhte Messgenauigkeit gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik erreichbar ist, was nachstehend noch näher erläutert wird. Die Spulenfläche Aeye (x) bzw. ACandy (x) beschreiben hierbei die durch die jeweilige Spule aufgespannte Fläche. (X) repräsentiert hierbei die Position des Sensortargets in Verfahrrichtung.This achieves the advantage that a significantly increased measurement accuracy can be achieved compared to the previously known prior art, which will be explained in more detail below. The coil area A eye (x) or A Candy (x) describes the area spanned by the respective coil. (X) represents the position of the sensor target in the travel direction.
Durch Verfahren eines Targets über eine Weglänge wird Spannung in die Empfangsspulen des Sensorträgers (innen-liegend) induziert. Für eine korrekte Auswertung ist es demnach nötig, ein mögliches Spannungssignal bei Abwesenheit des Targets, den sogenannten Offset, durch Anpassung der Spulenform der Senderspulen z.B. durch Stauchen der Candyspule (erste Empfangsspule) zu kompensieren. Ist dies erreicht, so erhält man ein Winkelsignal:
Das Winkelsignal kann mittels einer Gerade der Form y=f(x)=ax+b approximiert werden.
Aus Gleichung 1 lässt sich schließen, dass die Nichtlinearität der Winkelausgabe (Abweichung von der idealen Geraden in der
Da man im Allgemeinen die Verteilung der magnetischen Flussdichte B beim Überfahren der zweiten Empfängerspule mit dem Sensortarget nicht beeinflussen kann, ist der Ansatz zur Linearisierung des atan-Ausdrucks aus der Gleichung 1 die örtliche Veränderung der Spulenfläche Aeye(x). Die Flächenbeschreibung ist weiterhin im Wesentlichen sinusförmig, mit leichten Abweichungen von der idealen Sinusform, welche sich beispielsweise an definierten Stützstellen als ein delta_x zwischen den Abweichungen und der idealen Sinusform ausdrücken. Diese können beispielsweise durch ein Optimierungsverfahren wie z.B. evolutionäre Algorithmen auf Grundlage der Minimierung des Fehlerquadrats bestimmt werden. Ziel ist hierbei die (weitere) Linearisierung der Winkelausgabe nach
Die Anpassung der Spulenfläche Aeye (x) der zweiten Empfängerspule kann auf verschiedene Weisen fertigungstechnisch erfolgen. Beispielsweise wäre es möglich, die Spulen in einem entsprechenden additiven Fertigungsverfahren, wie etwa in einem 3D-Druck, zu formen oder aber auch durch ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen (PCBs - printed circuit boards) auf dem Sensorträger auszubilden.The adaptation of the coil area A eye (x) of the second receiver coil can be done in various manufacturing ways. For example, it would be possible to form the coils in a corresponding additive manufacturing process, such as 3D printing, or to form them on the sensor carrier using a known process for producing printed circuit boards (PCBs).
Bevorzugt ist der Sensorträger als eine auf einem Substrat gedruckte Schaltung ausgebildet. Diese werden auch als PCBs - printed circuit boards - bezeichnet.The sensor carrier is preferably designed as a circuit printed on a substrate. These are also known as PCBs - printed circuit boards.
Besonders bevorzugt ist der Positionssensor als Linearwegsensor ausgebildet - insbesondere als Linearwegsensor für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, für eine steer-by-wire Vorderradlenkung eines Kraftfahrzeugs, für einen Kupplungsaktuator eines Kraftfahrzeugs oder für ein elektronisches Kupplungspedal eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.The position sensor is particularly preferably designed as a linear path sensor - in particular as a linear path sensor for a rear axle steering of a motor vehicle, for a steer-by-wire front wheel steering of a motor vehicle, for a clutch actuator of a motor vehicle or for an electronic clutch pedal of a motor vehicle.
Alternativ kann der Positionssensor als Rotationssensor oder Winkelsegmentsensor ausgebildet sein und eine Winkelposition erfassen.Alternatively, the position sensor can be designed as a rotation sensor or angular segment sensor and detect an angular position.
Eine Steuereinheit weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinheit ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen, beispielsweise an elektrische Aktuatoren oder elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs.A control unit in particular has a wired or wireless signal input for receiving electrical signals, in particular, such as sensor signals. Furthermore, a control unit also preferably has a wired or wireless signal output for transmitting, in particular, electrical signals, for example to electrical actuators or electrical consumers of the motor vehicle.
Innerhalb der Steuereinheit können Steuerungsoperationen und/oder Regelungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.Control operations and/or regulation operations can be carried out within the control unit. It is particularly preferred that the control unit comprises hardware that is designed to execute software. The control unit preferably comprises at least one electronic processor for executing program sequences defined in software.
Die Steuereinheit kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die an die Steuereinheit übermittelten Signale enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinheit einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.The control unit can also have one or more electronic memories in which the data contained in signals transmitted to the control unit can be stored and read out again. Furthermore, the control unit can have one or more electronic memories in which data can be stored in a changeable and/or unchangeable manner.
Eine Steuereinheit kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.A control unit can comprise a plurality of control devices, which are in particular arranged spatially separated from one another. Control devices are also referred to as Electronic Control Unit (ECU) or Electronic Control Module (ECM) and preferably have electronic microcontrollers for carrying out arithmetic operations to process data, particularly preferably using software. The control devices can preferably be networked with one another, so that wired and/or wireless data exchange between control devices is possible. In particular, it is also possible to network the control devices with one another via bus systems, such as CAN bus or LIN bus.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Sensorträger eine von der Steuereinheit bestrombare Senderspule aufweist, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau und eine hohe Systemintegration des Sensorträgers erzielen lässt.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the sensor carrier has a sensor that can be powered by the control unit the coil, which allows a particularly compact structure and a high level of system integration of the sensor carrier to be achieved.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die im Wesentlichen cosinusförmig ausgebildete erste Empfängerspule und die im Wesentlichen sinusförmig ausgebildete zweite Empfängerspule eine im Wesentlichen identische Amplitude aufweisen, was sich ebenfalls positiv auf die Messgenauigkeit auswirkt.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the essentially cosine-shaped first receiver coil and the essentially sinusoidal second receiver coil have a substantially identical amplitude, which also has a positive effect on the measurement accuracy.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch einen induktiven Positionssensor, umfassend einen Sensorträger nach einem der vorherigen Ansprüche, sowie eine von einer Steuereinheit bestrombare Senderspule und ein relativ zum Sensorträger versetzbares Sensortarget, wobei die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule des Sensorträgers derart konfiguriert sind, dass aus den von der Steuereinheit empfangenen Spannungssignalen der Empfängerspulen, mittels eines mathematischen Zusammenhangs die Position eines Sensortargets bestimmbar ist.The object of the invention is further achieved by an inductive position sensor, comprising a sensor carrier according to one of the preceding claims, as well as a transmitter coil that can be energized by a control unit and a sensor target that can be moved relative to the sensor carrier, the first receiver coil and the second receiver coil of the sensor carrier being configured in such a way that that the position of a sensor target can be determined from the voltage signals of the receiver coils received by the control unit using a mathematical relationship.
Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass der induktive Positionssensor eine verbesserte Messgenauigkeit aufweist.The advantageous effect of this configuration is that the inductive position sensor has improved measurement accuracy.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Positionssensor als Linearwegsensor ausgebildet ist. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Positionssensor als Rotationssensor oder Winkelsegmentsensor ausgebildet ist und eine Winkelposition erfasst.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the position sensor is designed as a linear path sensor. Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the position sensor is designed as a rotation sensor or angular segment sensor and detects an angular position.
Auch kann die Aufgabe der Erfindung gelöst sein durch ein Verfahren zur Kompensation von Nicht-Linearitäten bei Sensorträgern für einen induktiven Positionssensor, wobei der Sensorträger eine auf und/oder in dem Sensorträger angeordnete, erste, im Wesentlichen cosinusförmig ausgebildete Empfängerspule, an der eine erste Spannung Ucandy abgreifbar ist, sowie eine auf und/oder in dem Sensorträger angeordnete zweite, im Wesentlichen sinusförmig ausgebildete Empfängerspule, an der eine zweite Spannung Ueye abgreifbar ist, umfasst, und wobei die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule derart konfiguriert sind, dass aus den empfangenen Spannungssignalen der Empfängerspulen, mittels eines mathematischen Zusammenhangs die Position eines Sensortargets in einer Steuereinheit bestimmbar ist, umfassend die folgenden Schritte: Anpassung der zweiten Empfängerspule entlang ihrer Erstreckung, so dass diese eine ungleichmäßige Spulenfläche Aeye (x) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Nichtlinearität des mathematischen Zusammenhangs der Positionsbestimmung kompensiert wird.The object of the invention can also be achieved by a method for compensating for non-linearities in sensor carriers for an inductive position sensor, wherein the sensor carrier has a first, essentially cosine-shaped receiver coil arranged on and/or in the sensor carrier, on which a first voltage U candy can be tapped, as well as a second, essentially sinusoidal receiver coil arranged on and/or in the sensor carrier, on which a second voltage U eye can be tapped, and wherein the first receiver coil and the second receiver coil are configured in such a way that the received voltage signals of the receiver coils, the position of a sensor target in a control unit can be determined by means of a mathematical relationship, comprising the following steps: adjusting the second receiver coil along its extension so that it has an uneven coil area A eye (x) which is designed in this way that a non-linearity of the mathematical connection of the position determination is compensated.
Auch kann die Aufgabe der Erfindung durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode, der geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7.The object of the invention can also be achieved by a computer program product that is stored on a machine-readable carrier, or computer data signal, embodied by an electromagnetic wave, with program code that is suitable for carrying out the method according to
Ferner ist es ebenfalls denkbar, die Aufgabe der Erfindung zu lösen durch eine Steuereinheit zur Steuerung eines induktiven Positionssensors, umfassend einen Prozessor und einen Speicher, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 7 zu veranlassen.Furthermore, it is also conceivable to solve the object of the invention by a control unit for controlling an inductive position sensor, comprising a processor and a memory which contains a computer program code, the memory and the computer program code being configured with the processor to carry out the control unit to initiate a method according to
Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein durch ein X-by-wire System für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen induktiven Positionssensor gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 4-6.Finally, the object of the invention can also be achieved by an X-by-wire system for a motor vehicle, comprising an inductive position sensor according to one of the preceding claims 4-6.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using figures without restricting the general idea of the invention.
Es zeigt:
-
1 Winkelausgabe und die dazugehörige Annäherung mit einer Geradengleichung in einer Diagrammdarstellung, -
2 quadratische Abweichung der Winkelausgabe auf1 in einer Diagrammdarstellung, -
3 kumulative Summe der quadratischen Abweichungen aus der2 in einer Diagrammdarstellung, -
4 einen induktiven Linearsensor in einer schematischen perspektivischen Ansicht.
-
1 Angle output and the associated approximation with a straight line equation in a diagram representation, -
2 squared deviation of theangle output 1 in a diagram representation, -
3 cumulative sum of the squared deviations from the2 in a diagram representation, -
4 an inductive linear sensor in a schematic perspective view.
Die
Die zweite Empfängerspule 5 ist als eine nichtlineare Kompensationsspule ausgeführt, indem die zweite Empfängerspule 5 eine entlang ihrer Erstreckung ungleichmäßige Spulenfläche Aeye (x) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Nichtlinearität des mathematischen Zusammenhangs der Positionsbestimmung kompensiert wird.The
Die im Wesentlichen cosinusförmig ausgebildete erste Empfängerspule 4 und die im Wesentlichen sinusförmig ausgebildete zweite Empfängerspule 5 weisen eine im Wesentlichen identische Amplitude auf, was sich gut aus der
Der Sensorträger 2 besitzt ferner eine von der Steuereinheit 3 bestrombare Senderspule 6 auf, welche die Empfangsspulen 4,5 auf dem Sensorträger 2 umfasst. Der gezeigte, als Linearwegsensor ausgebildete, induktive Positionssensor 1 umfasst ferner ein relativ zum Sensorträger 2 versetzbares Sensortarget 7.The
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be viewed as limiting but rather as illustrative. The following patent claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' features, this designation serves to distinguish two similar features without establishing a ranking.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- PositionssensorPosition sensor
- 22
- SensorträgerSensor carrier
- 33
- SteuereinheitControl unit
- 44
- EmpfängerspuleReceiver coil
- 55
- EmpfängerspuleReceiver coil
- 66
- SenderspuleTransmitter coil
- 77
- SensortargetSensor target
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009001353 A1 [0008]DE 102009001353 A1 [0008]
- US 2002/0043972 A1 [0012]US 2002/0043972 A1 [0012]
- US 2016/0349084 A1 [0013]US 2016/0349084 A1 [0013]
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020043972A1 (en) | 2000-05-25 | 2002-04-18 | Henning Irle | Inductive position sensor, particularly for a motor vehicle |
DE102009001353A1 (en) | 2009-03-05 | 2010-09-09 | Zf Friedrichshafen Ag | Electric machine i.e. permanent magnet-excited synchronous machine, has sensor detecting rotational position of rotor and arranged on cover such that rotor hub or component torque-proofly connected with hub serve as sensor track of sensor |
US20160349084A1 (en) | 2015-05-27 | 2016-12-01 | Continental Automotive France | Method for determining the position of a moving part along an axis, using an inductive sensor |
-
2022
- 2022-03-21 DE DE102022106475.1A patent/DE102022106475A1/en active Pending
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