DE102016217695B3 - Detecting a bug with a resolver - Google Patents

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Abstract

Fehler bei einem Resolver sollen zuverlässiger erkannt werden. Dazu wird bereitgestellt ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers bei einem Resolver durch a) Berechnen einer Quadratsumme (SqSum) eines ersten Messsignals (USin) und eines zweiten Messsignals (UCos) des Resolvers und b) Ausgeben eines Fehlersignals (Fs, Fc), sowie c) Bestimmen eines Minimums der Quadratsumme (SqSum), d) Bestimmen eines Betrags eines Minimalwerts des ersten Messsignals (USin), e) Bestimmen eines Betrags eines Maximalwerts des ersten Messsignals (USin), f) Vergleichen des Minimums der Quadratsumme (SqSum) mit einem ersten Schwellwert (thres6), g) Vergleichen des Betrags des Minimalwerts des ersten Messsignals (USin) mit einem zweiten Schwellwert (thres4) und h) Vergleichen des Betrags des Maximalwerts des ersten Messsignals (USin) mit einem dritten Schwellwert (thres3), wobei i) das Fehlersignal bezüglich des ersten Messsignals (USin) nur dann ausgegeben wird, wenn das Minimum der Quadratsumme (SqSum) kleiner als der erste Schwellwert (thres6), der Betrag des Minimalwerts des ersten Messsignals (USin) kleiner als der zweite Schwellwert (thres4) und der Betrag des Maximalwerts des ersten Messsignals (USin) kleiner als der dritte Schwellwert (thres3) ist.Errors in a resolver should be detected more reliably. For this purpose, a method is provided for detecting a fault in a resolver by a) calculating a sum of squares (SqSum) of a first measurement signal (USin) and a second measurement signal (UCos) of the resolver, and b) outputting an error signal (Fs, Fc), and c D) determining an amount of a minimum value of the first measurement signal (USin), e) determining an amount of a maximum value of the first measurement signal (USin), f) comparing the minimum of the square sum (SqSum) with a g) comparing the magnitude of the minimum value of the first measurement signal (USin) with a second threshold value (thres4) and h) comparing the magnitude of the maximum value of the first measurement signal (USin) with a third threshold value (thres3), where i ) the error signal is output with respect to the first measurement signal (USin) only if the minimum of the sum of squares (SqSum) is less than the first threshold value (thres6), the amount of the minimum value rts of the first measurement signal (USin) is less than the second threshold (thres4) and the magnitude of the maximum value of the first measurement signal (USin) is less than the third threshold (thres3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers bei einem Resolver durch Berechnen einer Quadratsumme eines ersten Messsignals und eines zweiten Messsignals des Resolvers und Ausgeben eines Fehlersignals. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Resolvervorrichtung mit einem Resolver und einer Fehlerermittlungseinrichtung zum Berechnen einer Quadratsumme eines ersten Messsignals und eines zweiten Messsignals des Resolvers sowie einer Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben eines Fehlersignals.The present invention relates to a method for detecting a fault in a resolver by calculating a sum of squares of a first measurement signal and a second measurement signal of the resolver and outputting an error signal. Moreover, the present invention relates to a resolver apparatus having a resolver and a fault detection device for calculating a sum of squares of a first measurement signal and a second measurement signal of the resolver and an output device for outputting an error signal.

In elektrischen Antriebssystemen mit permanent erregten oder fremderregten Synchronmaschinen als Antriebsmotor ist die Rotorlage des elektrischen Motors eine signifikante Information für die Motorregelung. Bei Anwendungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen an das Drehmoment und folglich auch an die Rotorlageerfassung ist der Einsatz eines Resolvers ein weit verbreiteter Ansatz. In der DE 10 2010 048 186 A1 und in der US 2012/0185213 A1 ist jeweils beschrieben, dass zur Erkennung eines Resolverfehlers das Minimum einer Quadratsumme von zwei Messsignalen mit einem Schwellwert verglichen wird, und der Minimalwert eines der Messsignale mit einem weiteren Schwellwert verglichen wird.In electric drive systems with permanently excited or externally excited synchronous machines as the drive motor, the rotor position of the electric motor is significant information for the motor control. In applications with high torque accuracy requirements and consequently rotor position sensing, the use of a resolver is a widely used approach. In the DE 10 2010 048 186 A1 and in the US 2012/0185213 A1 In each case, it is described that in order to detect a resolver error, the minimum of one square sum of two measurement signals is compared with a threshold value, and the minimum value of one of the measurement signals is compared with a further threshold value.

Zur Vermeidung von ungewollten Drehmomenten ist es Aufgabe des Sicherheitskonzepts, Fehler in der Rotorlageerfassung zu erkennen. Bislang genutzte Diagnosekonzepte zur Erkennung von Signalunterbrechungen und Kurzschlüssen der Resolverausgangssignale sind aus Gründen der Robustheit des jeweiligen Systems oft nicht ausreichend.To avoid unwanted torques, it is the task of the safety concept to detect errors in the rotor position detection. Previously used diagnostic concepts for detecting signal interruptions and short circuits of the resolver output signals are often not sufficient for reasons of robustness of the respective system.

Resolver werden typischerweise mit einer Frequenz von beispielsweise 10 bis 20 kHz gespeist. Durch diese alternierende Resolver-Erregerspannung ist auch eine Erkennung der Position im Stillstand des Motors möglich. Im Betrieb des Resolvers wird die Resolver-Erregerspannung entsprechend der Drehung des Motors bzw. des Resolvers moduliert. Der Resolver liefert ein sinus-bezogenes Messrohsignal und cosinus-bezogenes Messrohsignal. Aus diesen Signalen wird durch die Modulation eine Hüllkurve der Resolver-Sinus-Spannung und eine Hüllkurve der Resolver-Cosinus-Spannung gewonnen.Resolvers are typically fed at a frequency of, for example, 10 to 20 kHz. This alternating resolver exciter voltage also makes it possible to detect the position when the motor is at a standstill. During operation of the resolver, the resolver excitation voltage is modulated in accordance with the rotation of the motor or resolver. The resolver supplies a sine-based raw measurement signal and cosine-based raw measurement signal. From these signals, an envelope of the resolver sine voltage and an envelope of the resolver cosine voltage is obtained by the modulation.

Zur Erkennung externer Fehler der Resolversignale wird bislang häufig das Summenquadrat SqSum der Hüllkurvensignale USin und UCos genutzt: SqSum = USin(t)2 + UCos(t)2 To detect external errors of the resolver signals, the sum square SqSum of the envelope signals U Sin and U Cos is often used: SqSum = U Sin (t) 2 + U Cos (t) 2

Im fehlerfreien Zustand hat das Summenquadrat SqSum einen konstanten Wert, wie 1 im Bereich 1 zeigt. Für die Überprüfung wird ein valider Bereich 2 festgelegt, der ein Toleranzband um ein nominales Summenquadrat 3 darstellt.In the healthy state, the sum square SqSum has a constant value, such as 1 in the area 1 shows. For the review will be a valid range 2 set a tolerance band around a nominal sum square 3 represents.

Ein externer Fehler, der beispielsweise nach dem Zeitpunkt 4 (vgl. 1) auftritt und nur ein Resolverausgangssignal betrifft, führt zu einem oszillierenden Summenquadrat-Signal 5. Eine Fehlererkennung kann in diesem Fall nicht garantiert werden, da sich das Summenquadrat-Signal zwischen validem und invalidem Signalbereich bewegen kann, sodass der Mittelwert des Summenquadrat-Signals, der in dem gewählten Beispiel knapp unter dem nominalen Summenquadrat 3 liegt, weiterhin valide ist. Die Mittelwertbildung muss aus Robustheitsgründen angewendet werden.An external error, for example, after the time 4 (see. 1 ) and affects only one resolver output, results in an oscillating sum square signal 5 , Error detection can not be guaranteed in this case since the sum square signal can move between the valid and the invalid signal range, so that the mean of the sum square signal, which in the example chosen is just below the nominal sum square 3 is still valid. Averaging must be used for robustness reasons.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Resolverfehler, insbesondere Signalunterbrechungen und Kurzschlüsse der Resolverausgangssignale, sicherer erkennen zu können.The object of the present invention is to be able to more reliably detect resolver errors, in particular signal interruptions and short circuits of the resolver output signals.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Resolvervorrichtung nach Anspruch 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a method according to claim 1 and a resolver according to claim 6. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird demnach bereitgestellt ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers bei einem Resolver durch

  • a) Berechnen einer Quadratsumme eines ersten Messsignals und eines zweiten Messsignals des Resolvers und
  • b) Ausgeben eines Fehlersignals, sowie
  • c) Bestimmen eines Minimums der Quadratsumme,
  • d) Bestimmen eines Betrags eines Minimalwerts des ersten Messsignals,
  • e) Bestimmen eines Betrags eines Maximalwerts des ersten Messsignals,
  • f) Vergleichen des Minimums der Quadratsumme mit einem ersten Schwellwert,
  • g) Vergleichen des Betrags des Minimalwerts des ersten Messsignals mit einem zweiten Schwellwert und
  • h) Vergleichen des Betrags des Maximalwerts des ersten Messsignals mit einem dritten Schwellwert, wobei
  • i) das Fehlersignal bezüglich des ersten Messsignals nur dann ausgegeben wird, wenn das Minimum der Quadratsumme kleiner als der erste Schwellwert, der Betrag des Minimalwerts des ersten Messsignals kleiner als der zweite Schwellwert und der Betrag des Maximalwerts des ersten Messsignals kleiner als der dritte Schwellwert ist.
Accordingly, according to the present invention, there is provided a method of detecting a fault in a resolver
  • a) calculating a sum of squares of a first measurement signal and a second measurement signal of the resolver and
  • b) output an error signal, as well
  • c) determining a minimum of the sum of squares,
  • d) determining an amount of a minimum value of the first measurement signal,
  • e) determining an amount of a maximum value of the first measurement signal,
  • f) comparing the minimum of the sum of squares with a first threshold,
  • g) comparing the magnitude of the minimum value of the first measurement signal with a second threshold value and
  • h) comparing the magnitude of the maximum value of the first measurement signal with a third threshold, wherein
  • i) the error signal is output with respect to the first measurement signal only when the minimum of the sum of squares is less than the first threshold value, the magnitude of the minimum value of the first measurement signal is less than the second threshold value and the magnitude of the maximum value of the first measurement signal is less than the third threshold value ,

In vorteilhafter Weise wird also nicht nur die Quadratsumme bezüglich ihres Mittelwerts untersucht, sondern es wird das Minimum der Quadratsumme überprüft. Wenn der entsprechende Minimalwert unter einem ersten Schwellwert liegt, liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit bereits ein Fehler vor. Zusätzlich wird der Minimalwert und Maximalwert des Messsignals (z. B. Sinussignal oder Cosinussignal) betrachtet. Es wird dann erst ein Fehlersignal bezüglich des analysierten Messsignals ausgegeben, wenn nicht nur das Minimum der Quadratsumme den ersten Schwellwert unterschreitet, sondern auch der Betrag des Mittelwerts des Messsignals kleiner als ein zweiter Schwellwert und der Betrag des Maximalwerts des Messsignals kleiner als ein dritter Schwellwert ist. Damit wird nämlich der Messwertebereich zusätzlich mit untersucht.Advantageously, therefore, not only the sum of squares is examined with respect to its mean value, but the minimum of the sum of squares is checked. If the corresponding minimum value is below a first threshold, there is a high probability that an error already exists. In addition, the minimum value and maximum value of the measuring signal (eg sine signal or cosine signal) are considered. An error signal relating to the analyzed measuring signal is then output only if not only the minimum of the sum of the squares falls below the first threshold value but also the magnitude of the mean value of the measuring signal is less than a second threshold value and the magnitude of the maximum value of the measuring signal is less than a third threshold value , This means that the measured value range is additionally examined.

In einer Ausgestaltung werden die Schritte d) bis i) ersetzt oder ergänzt durch die Schritte:

  • j) Bestimmen eines Betrags eines Minimalwerts des zweiten Messsignals,
  • k) Bestimmen eines Betrags eines Maximalwerts des zweiten Messsignals,
  • l) Vergleichen des Minimums der Quadratsumme mit einem vierten Schwellwert,
  • m) Vergleichen des Betrags des Minimalwerts des zweiten Messsignals mit einem fünften Schwellwert und
  • n) Vergleichen des Betrags des Maximalwerts des zweiten Messsignals mit einem sechsten Schwellwert, wobei
  • o) das Fehlersignal bezüglich des zweiten Messsignals nur dann ausgegeben wird, wenn das Minimum der Quadratsumme kleiner als der vierte Schwellwert, der Betrag des Minimalwerts des zweiten Messsignals kleiner als der fünfte Schwellwert und der Betrag des Maximalwerts des zweiten Messsignals kleiner als der sechste Schwellwert ist.
In one embodiment, steps d) to i) are replaced or supplemented by the steps:
  • j) determining an amount of a minimum value of the second measurement signal,
  • k) determining an amount of a maximum value of the second measurement signal,
  • l) comparing the minimum of the sum of squares with a fourth threshold,
  • m) comparing the magnitude of the minimum value of the second measurement signal with a fifth threshold value and
  • n) comparing the magnitude of the maximum value of the second measurement signal with a sixth threshold, wherein
  • o) the error signal is output with respect to the second measurement signal only if the minimum of the sum of squares is less than the fourth threshold value, the magnitude of the minimum value of the second measurement signal is less than the fifth threshold value and the magnitude of the maximum value of the second measurement signal is less than the sixth threshold value ,

Damit werden beide Messsignale des Resolvers auf die gleiche Art analysiert. Alternativ wird statt des ersten Messsignals nur das zweite Messsignal derart analysiert.This analyzes both resolver measurement signals in the same way. Alternatively, instead of the first measurement signal, only the second measurement signal is analyzed in this way.

Das erste Messsignal kann ein Sinussignal und das zweite Messsignal ein Cosinussignal des Resolvers sein, oder umgekehrt. Bei dem Sinussignal und dem Cosinussignal kann es sich jeweils um ein Rohsignal des Resolvers handeln oder aber auch um ein bereits weiter verarbeitetes Rohsignal.The first measurement signal may be a sine signal and the second measurement signal may be a cosine signal of the resolver, or vice versa. The sinusoidal signal and the cosine signal can each be a raw signal of the resolver or even an already processed raw signal.

Vorzugsweise werden vor dem Berechnen der Quadratsumme das erste Messsignal und das zweite Messsignal jeweils durch Demodulation gewonnen. Dabei wird das bzw. die Rohsignale des Resolvers bzw. bereits weiter verarbeitete Signale demoduliert und hierdurch von der hochfrequenten Erregerspannung befreit.Preferably, before calculating the sum of squares, the first measurement signal and the second measurement signal are respectively obtained by demodulation. In this case, the or the raw signals of the resolver or already further processed signals are demodulated and thereby freed from the high-frequency excitation voltage.

Des Weiteren kann zum Gewinnen des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals eine Hochpassfilterung durchgeführt werden. So können beispielsweise die Messrohsignale des Resolvers einem Hochpassfilter zugeführt werden, um Spannungsgleichanteile zu eliminieren.Furthermore, high-pass filtering may be performed to obtain the first measurement signal and the second measurement signal. For example, the raw measuring signals of the resolver can be fed to a high-pass filter in order to eliminate voltage equal components.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Resolvervorrichtung mit

  • – einem Resolver und
  • – einer Fehlerermittlungseinrichtung zum Berechnen einer Quadratsumme eines ersten Messsignals und eines zweiten Messsignals des Resolvers und
  • – einer Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben eines Fehlersignals, wobei a) die Fehlerermittlungseinrichtung ausgebildet ist zum: • Bestimmen eines Minimums der Quadratsumme, • Bestimmen eines Betrags eines Minimalwerts des ersten Messsignals, • Bestimmen eines Betrags eines Maximalwerts des ersten Messsignals, • Vergleichen des Minimums der Quadratsumme mit einem ersten Schwellwert, • Vergleichen des Betrags des Minimalwerts des ersten Messsignals mit einem zweiten Schwellwert und • Vergleichen des Betrags des Maximalwerts des ersten Messsignals mit einem dritten Schwellwert, wobei b) die Ausgabeeinrichtung das Fehlersignal bezüglich des ersten Messsignals nur dann ausgibt, wenn das Minimum der Quadratsumme kleiner als der erste Schwellwert, der Betrag des Minimalwerts des ersten Messsignals kleiner als der zweite Schwellwert und der Betrag des Maximalwerts des ersten Messsignals kleiner als der dritte Schwellwert ist.
The above object is also achieved by a resolver device with
  • - a resolver and
  • A fault determination device for calculating a sum of squares of a first measurement signal and a second measurement signal of the resolver and
  • - an output device for outputting an error signal, wherein a) the error detection device is designed to: • determining a minimum of the sum of squares, • determining an amount of a minimum value of the first measurement signal, • determining an amount of a maximum value of the first measurement signal, • comparing the minimum of the sum of squares comparing the magnitude of the minimum value of the first measurement signal with a second threshold value, and comparing the magnitude of the maximum value of the first measurement signal with a third threshold value, wherein b) the output device outputs the error signal with respect to the first measurement signal only if Minimum of the square sum smaller than the first threshold value, the amount of the minimum value of the first measurement signal is smaller than the second threshold value and the magnitude of the maximum value of the first measurement signal is smaller than the third threshold value.

Die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile und Variationsmöglichkeiten gelten sinngemäß auch für die erfindungsgemäße Resolvervorrichtung. Dementsprechend können auch die Merkmale a) und b) der Resolvervorrichtung ergänzt oder ersetzt werden durch die Merkmale:

  • c) die Fehlerermittlungseinrichtung ausgebildet ist zum: • Bestimmen eines Minimums der Quadratsumme, • Bestimmen eines Betrags eines Minimalwerts des zweiten Messsignals, • Bestimmen eines Betrags eines Maximalwerts des zweiten Messsignals, • Vergleichen des Minimums der Quadratsumme mit einem vierten Schwellwert, • Vergleichen des Betrags des Minimalwerts des zweiten Messsignals mit einem fünften Schwellwert und • Vergleichen des Betrags des Maximalwerts des zweiten Messsignals mit einem sechsten Schwellwert, wobei
  • c) die Ausgabeeinrichtung das Fehlersignal bezüglich des zweiten Messsignals nur dann ausgibt, wenn das Minimum der Quadratsumme kleiner als der vierte Schwellwert, der Betrag des Minimalwerts des zweiten Messsignals kleiner als der fünfte Schwellwert und der Betrag des Maximalwerts des zweiten Messsignals kleiner als der sechste Schwellwert ist.
The advantages and possible variations mentioned above in connection with the method according to the invention also apply mutatis mutandis to the resolver device according to the invention. Accordingly, the features a) and b) of the resolver device can be supplemented or replaced by the features:
  • c) the error determination device is designed to: • determine a minimum of the sum of squares, • determine an amount of a minimum value of the second measurement signal, • determine an amount of a maximum value of the second measurement signal, • compare the minimum of the sum of squares with a fourth threshold, • Compare the amount the minimum value of the second measurement signal having a fifth threshold value, and comparing the magnitude of the maximum value of the second measurement signal with a sixth threshold value,
  • c) the output device outputs the error signal with respect to the second measurement signal only if the minimum of the sum of squares is less than the fourth threshold value, the magnitude of the minimum value of the second measurement signal is less than the fifth threshold value and the magnitude of the maximum value of the second measurement signal is less than the sixth threshold value is.

Dabei gilt natürlich für den Fall, dass die Merkmale a) bis d) kumulativ Anwendung finden, dass die Fehlerermittlungseinrichtung das Minimum der Quadratsumme natürlich nur einmal bestimmt.In this case, of course, applies in the event that the features a) to d) cumulatively apply that the error detection means, of course, determines the minimum of the sum of squares only once.

Die erfindungsgemäße Resolvervorrichtung kann beispielsweise in einem Umrichtersystem eingesetzt werden, um beispielsweise einen Motor mit den Signalen des Resolvers steuern zu können.The resolver device according to the invention can be used, for example, in an inverter system in order, for example, to be able to control a motor with the signals of the resolver.

Eine bevorzugte Anwendung des Umrichtersystems mit der Resolvervorrichtung ergibt sich für ein Kraftfahrzeug. Es können aber auch andere umrichterbetriebene elektrische Maschinen (z. B. Fertigungsmaschinen, Transportanlagen etc.) von dem Umrichtersystem mit Resolvervorrichtung profitieren.A preferred application of the converter system with the resolver device results for a motor vehicle. However, other converter-driven electrical machines (eg, manufacturing machines, transportation equipment, etc.) may also benefit from the converter system with resolver device.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will be further explained with reference to the accompanying drawings, in which:

1 einen Signalverlauf einer Quadratsumme von Resolversignalen mit und ohne Fehler; und 1 a waveform of a square sum of resolver signals with and without error; and

2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Diagnosekonzepts. 2 a flow diagram of a diagnostic concept according to the invention.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Dabei ist zu beachten, dass die einzelnen Merkmale nicht nur in den geschilderten Merkmalskombinationen, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen technisch sinnvollen Merkmalskombinationen realisiert werden können.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention. It should be noted that the individual features can be realized not only in the described feature combinations, but also in isolation or in other technically meaningful combinations of features.

Das erfindungsgemäße Erkennen eines Fehlers bei einem Resolver beruht auf einem Ansatz, der eine Erweiterung eines bekannten Diagnosekonzepts mit Ermittlung einer Quadratsumme zweier Messsignale darstellt. Damit ist die Erkennung von Fehlern in der Rotorlageerfassung beim Einsatz eines Resolvers möglich.The recognition of a fault in a resolver according to the invention is based on an approach which represents an extension of a known diagnostic concept with the determination of a sum of the squares of two measurement signals. This makes it possible to detect errors in the rotor position detection when using a resolver.

Zur Erkennung von Fehlern werden die Resolverausgangssignale zunächst optional durch einen Hochpassfilter geführt und anschließend demoduliert. Nach der Demodulation wird über ein definiertes Zeitintervall der Maximalwert und Minimalwert der Hüllkurvensignale ermittelt, sowie der Minimalwert der Quadratsumme aus den Hüllkurvensignalen. Das definierte Zeitintervall sollte dabei größer als eine Periode eines jeweiligen Hüllkurvensignals sein. Liegen die ermittelten Werte betragsmäßig unterhalb jeweils definierter Schwellwerte, so wird ein Fehler erkannt.To detect errors, the resolver output signals are initially optionally passed through a high-pass filter and then demodulated. After demodulation, the maximum value and minimum value of the envelope signals are determined over a defined time interval, as well as the minimum value of the square sum from the envelope signals. The defined time interval should be greater than one period of a respective envelope signal. If the determined values lie below defined threshold values, an error is detected.

Im Folgenden wird das ermittelte Diagnosekonzept an einem Beispiel genauer erläutert. Es werden die nachfolgenden Kurzbezeichnungen verwendet: Größe Beschreibung TR Resolver-Übersetzungsverhältnis k Amplitude der Resolver-Erregerspannung US1-S3 Single-ended Resolver-Cosinus-Spannung (bezogen auf feste Bezugsspannung) US2-S4 Single-ended Resolver-Sinus-Spannung (bezogen auf feste Bezugsspannung) UCos Hüllkurve der Resolver-Cosinus-Spannung USin Hüllkurve der Resolver-Sinus-Spannung ϖExc Kreisfrequenz der Resolver-Erregerspannung ϖRot Kreisfrequenz des Elektromotors SqSum Quadratsumme tn Startzeitpunkt der Minimal-/Maximalwertbestimmung Δtdiag Zeitintervall der Minimal-/Maximalwertbestimmung thres Diagnose-Schwellwert In the following, the determined diagnostic concept will be explained in more detail using an example. The following abbreviations are used: size description TR Resolver ratio k Amplitude of the resolver excitation voltage U S1-S3 Single-ended resolver cosine voltage (relative to fixed reference voltage) U S2-S4 Single-ended resolver sine voltage (relative to fixed reference voltage) U Cos Envelope of the resolver cosine voltage U sin Envelope of the resolver-sine voltage π Exc Angular frequency of the resolver excitation voltage π red Angular frequency of the electric motor SqSum sum of squares t n Start time of the minimum / maximum value determination Δt diag Time interval of the minimum / maximum value determination thres Diagnostic threshold

Die Resolverausgangsspannungen (hier auch als Messrohsignale bezeichnet) lassen sich über folgende Gleichungen beschreiben: US1-S3 = TR·k·sin(ϖExc·t)·cos(ϖRot·t) US2-S4 = TR·k·sin(ϖExc·t)·sin(ϖRot·t) The resolver output voltages (also referred to here as raw measurement signals) can be described using the following equations: U S1-S3 = TR · k · sin (π Exc · t) · cos (π red · t) U S2-S4 = TR · k · sin (π Exc · t) · sin (π red · t)

Zur Bestimmung der Rotorlage ist die Information der Hüllkurven UCos und USin der Resolverausgangssignale US1-S3 und US2-S4 notwendig. Die Bestimmung der Hüllkurven wird durch eine Demodulation erreicht, bei der die Erregerspannung eliminiert wird. Das Resultat der Demodulation lässt sich wie folgt beschreiben: UCos = TR·k·cos(ϖRot·t) USin = TR·k·sin(ϖRot·t) For determining the rotor position, the information of the envelopes U Cos and U Sin of the resolver output signals U S1-S3 and U S2-S4 is necessary. The determination of the envelopes is achieved by a demodulation in which the excitation voltage is eliminated. The result of the demodulation can be described as follows: U Cos = TR × k × cos (π red × t) U sin = TR · k · sin (π red · t)

Externe Fehler, insbesondere Signalunterbrechungen und Kurzschlüsse der Resolverausgangssignale bewirken, dass die Resolverausgangssignale US1-S3 oder US2-S4 auf ein konstantes Spannungsniveau gezogen werden, das sich unter Umständen weiterhin im validen Wertebereich befindet.External faults, in particular signal interruptions and short-circuits of the resolver output signals, cause the resolver output signals U S1-S3 or U S2-S4 to be pulled to a constant voltage level, which may continue to be in the valid range of values.

Ein Hochpassfilter am Eingang der Signalverarbeitung bewirkt eine Eliminierung der Spannungsgleichanteile. Der Hochpass kann in Hardware oder Software realisiert werden. Im Fehlerfall wird somit das fehlerbehaftete Resolversignal auf ein 0V-Potential verschoben. Die anschließende Demodulation hat keinen weiteren Effekt auf die Signalform.A high-pass filter at the input of the signal processing causes an elimination of the voltage equal components. The high pass can be realized in hardware or software. In the event of an error, the faulty resolver signal is thus shifted to a 0V potential. The subsequent demodulation has no further effect on the waveform.

Die demodulierten Resolversignale, d. h. die Hullkurvensignale UCos und USin werden im Anschluss auf ihre Maximal-/Minimalwerte über ein definiertes Zeitintervall Δtdiag untersucht. Dieses Zeitintervall Δtdiag sollte, wie erwähnt, länger als die Periode eines Hüllkurvensignals sein. UCos,max = max[UCos(tn → tn + Δtdiag UCos,min = min[UCos(tn → tn + Δtdiag USin,max = max[USin(tn → tn + Δtdiag USin,min = min[USin(tn → tn + Δtdiag The demodulated resolver signals, ie the hull curve signals U Cos and U Sin are subsequently examined for their maximum / minimum values over a defined time interval Δt diag . This time interval Δt diag should, as mentioned, be longer than the period of an envelope signal . U Cos, max = max [U cos (t n → t n + Δt diag U Cos, min = min [U cos (t n → t n + Δt diag Sin U max = max diag [U Sin (t n → n t + .DELTA.t Sin U, min = min [U Sin (t n → n t + .DELTA.t diag

Die Betragswerte der Maximal- und Minimalwerte werden anschließend mit definierten Schwellwerten thres1, thres2, thres3 und thres4 verglichen. |UCos,max| < thres1 & |UCos,min| < thres2 |USin,max| < thres3 & |USin,min| < thres4 The magnitude values of the maximum and minimum values are then compared with defined threshold values thres1, thres2, thres3 and thres4. | U Cos, max | <thres1 & | U Cos, min | <thres2 | U Sin, max | <thres3 & | U Sin, min | <thres4

Die Erfüllung dieser Bedingungen alleine ist noch nicht ausreichend, da diese Bedingungen im Bereich kleiner Drehzahlen ebenfalls erfüllt sein können. Um die Robustheit zu erhöhen, muss die Aktivierung der Diagnose in Abhängigkeit von der Drehzahl erfolgen. Dieser Schritt ist allerdings nicht möglich, wenn die Drehzahl aus den gleichen Resolversignalen erzeugt wird. Aus diesem Grund wird die Information der Quadratsumme hinzugezogen. Es erfolgt eine Minimalwertbestimmung der Quadratsumme SqSummin über das gleiche Zeitintervall Δtdiag wie oben. SqSummin = min[SqSum(tn → Δtdiag) The fulfillment of these conditions alone is not sufficient, since these conditions in the range of low speeds can also be met. In order to increase the robustness, the activation of the diagnosis must take place as a function of the rotational speed. However, this step is not possible if the speed is generated from the same resolver signals. For this reason, the information of the sum of squares is consulted. There is a minimum value determination of the square sum SqSum min over the same time interval Δt diag as above. SqSum min = min [SqSum (t n → .DELTA.t diag)

Sind alle drei folgenden Bedingungen erfüllt |UCos,max| < thres1 & |UCos,min| < thres2 & SqSummin < thres5 so ist dies ein Zeichen für einen Fehler im Cosinussignal. Sind alternativ oder zusätzlich alle drei folgenden Bedingungen erfüllt: |USin,max| < thres3 & |USin,min| < thres4 & SqSummin < thres6 so kann dies als Zeichen für einen Fehler im Sinussignal gewertet werden. Der entsprechende Fehler wird beispielsweise über eine Ausgabeeinrichtung der Resolvervorrichtung ausgegeben.All three of the following conditions are met | U Cos, max | <thres1 & | U Cos, min | <thres2 & SqSum min <thres5 this is a sign of an error in the cosine signal. Alternatively or additionally, all three of the following conditions are met: | U Sin, max | <thres3 & | U Sin, min | <thres4 & SqSum min <thres6 this can be interpreted as a sign of an error in the sinusoidal signal. The corresponding error is output, for example, via an output device of the resolver device.

Anhand von 2 wird nun das beispielhafte Verfahren in einem Blockschaltdiagramm wiedergegeben. Die Messrohsignale bzw. die Resolver-Cosinus-Spannung US1-S3 und die Resolver-Sinus-Spannung US2-S4 wird in Schritt S1 einer Hochpassfilterung HP unterzogen. Die resultierenden Signale US2-S4* und US1-S3* werden in Schritt S2 demoduliert (DM). Aus diesem Schritt S2 resultieren das Hüllkurvensignal der Resolver-Cosinus-Spannung UCos und die Hüllkurve der Resolver-Sinus-Spannung USin.Based on 2 Now, the exemplary method is shown in a block diagram. The raw measurement signals or the resolver cosine voltage U S1-S3 and the resolver sine voltage U S2-S4 is subjected to a high-pass filtering HP in step S1. The resulting signals U S2-S4 * and U S1-S3 * are demodulated (DM) in step S2. From this step S2, the envelope signal of the resolver cosine voltage U Cos and the envelope of the resolver sine voltage U Sin result .

Im Schritt S3 wird die Quadratsumme der beiden Signale USin und UCos berechnet. Von dieser Quadratsumme wird in Schritt S4 das Minimum ermittelt.In step S3, the sum of the squares of the two signals U Sin and U Cos is calculated. From this sum of squares, the minimum is determined in step S4.

In Schritt S5 wird der Betrag des Minimums des Hüllkurvensignals USin und der Betrag des Maximums des Hüllkurvensignals USin ermittelt. Anschließend wird in Schritt S6 überprüft, ob der Betrag des Minimums des Mess- bzw. Hüllkurvensignals USin kleiner als ein Schwellwert thres4, der Betrag des Maximalwerts des Messsignals bzw. Hüllkurvensignals USin kleiner als der Schwellwert thres3 und das Minimum der Quadratsumme aus Schritt S4 kleiner als der Schwellwert thres6 ist. Sind alle drei Bedingungen erfüllt, wird ein Fehlersignal FS erzeugt, das auf einen Fehler im Sinussignal hinweist.In step S5, the amount of the minimum of the envelope signal U Sin and the magnitude of the maximum of the envelope signal U Sin is determined. Subsequently, it is checked in step S6 whether the absolute value of the minimum of the measurement or envelope signal U Sin is less than a threshold value thres4, the magnitude of the maximum value of the measurement signal or envelope signal U Sin smaller than the threshold value thres3 and the minimum of the square sum from step S4 is less than the threshold t hres6 . If all three conditions are met, an error signal F S is generated which indicates an error in the sine signal.

In einem Schritt S7 wird aus dem Hüllkurvensignal UCos der Betrag des Minimums des weiteren Messsignals bzw. Hüllkurvensignals UCos und der Betrag des Maximums dieses Signals ermittelt. In Schritt S8 wird überprüft, ob der Betrag des Minimums des Hüllkurvensignals UCos kleiner als der Schwellwert thres2, der Betrag des Maximums des Hüllkurvensignals UCos kleiner als der Schwellwert thres1 und das Minimum der Quadratsumme aus Schritt S4 kleiner als der Schwellwert thres5 ist. Sind alle drei Bedingungen erfüllt, so wird das Fehlersignal Fc erzeugt, was auf einen Fehler im Cosinussignal hindeutet.In a step S7, the amount of the minimum of the further measurement signal and the envelope signal Cos U and the amount of the maximum of this signal is determined from the envelope signal Cos U. In step S8, it is checked whether the magnitude of the minimum of the envelope signal U Cos is smaller than the threshold value thres2, the magnitude of the maximum of the envelope signal U Cos is less than the threshold value thres1 and the minimum of the square sum of step S4 is less than the threshold value thres5. If all three conditions are fulfilled, the error signal F c is generated, which indicates an error in the cosine signal.

Auf diese Weise können zuverlässig insbesondere Fehler bei Signalunterbrechungen und Kurzschlüssen erkannt werden. Die Robustheit des Diagnoseverfahrens wurde nämlich dadurch erhöht, dass die Diagnose in Abhängigkeit von der Drehzahl erfolgt.In this way, especially errors in signal interruptions and short circuits can be detected reliably. Namely, the robustness of the diagnostic method has been increased by making the diagnosis dependent on the rotational speed.

Das beschriebene Verfahren kann in Umrichterprojekten mit Resolver Anwendung finden. Insbesondere kann dieses Verfahren, wie erwähnt, in Kraftfahrzeugen realisiert werden.The method described can be used in converter projects with resolvers. In particular, this method, as mentioned, can be realized in motor vehicles.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

SqSumSqSum
Quadratsummesum of squares
Fs, Fc F s , F c
Fehlersignalerror signal
Usin U sin
erstes Messsignalfirst measurement signal
UCos U Cos
zweites Messignalsecond measuring signal
thres1THRES1
sechster Schwellwertsixth threshold
thres2Thres2
fünfter Schwellwertfifth threshold
thres3thres3
dritter Schwellwertthird threshold
thres4thres4
zweiter Schwellwertsecond threshold
thres5thres5
vierter Schwellwertfourth threshold
thres6thres6
erster Schwellwertfirst threshold
DMDM
Demodulationdemodulation
HPHP
HochpassfilterungHigh-pass filtering

Claims (9)

Verfahren zum Erkennen eines Fehlers bei einem Resolver durch a) Berechnen einer Quadratsumme (SqSum) eines ersten Messsignals (USin) und eines zweiten Messsignals (UCos) des Resolvers und b) Ausgeben eines Fehlersignals (Fs, Fc), gekennzeichnet durch c) Bestimmen eines Minimums der Quadratsumme (SqSum), d) Bestimmen eines Betrags eines Minimalwerts des ersten Messsignals (USin), e) Bestimmen eines Betrags eines Maximalwerts des ersten Messsignals (USin), f) Vergleichen des Minimums der Quadratsumme (SqSum) mit einem ersten Schwellwert (thres6), g) Vergleichen des Betrags des Minimalwerts des ersten Messsignals (USin) mit einem zweiten Schwellwert (thres4) und h) Vergleichen des Betrags des Maximalwerts des ersten Messsignals (USin) mit einem dritten Schwellwert (thres3), wobei i) das Fehlersignal (Fs, Fc) bezüglich des ersten Messsignals (USin) nur dann ausgegeben wird, wenn das Minimum der Quadratsumme (SqSum) kleiner als der erste Schwellwert (thres6), der Betrag des Minimalwerts des ersten Messsignals (USin) kleiner als der zweite Schwellwert (thres4) und der Betrag des Maximalwerts des ersten Messsignals (USin) kleiner als der dritte Schwellwert (thres3) ist.A method for detecting a fault in a resolver by a) calculating a sum of squares (SqSum) of a first measurement signal (U Sin ) and a second measurement signal (U Cos ) of the resolver and b) outputting an error signal (F s , F c ), characterized by d) determining an amount of a minimum value of the first measurement signal (U Sin ), e) determining an amount of a maximum value of the first measurement signal (U Sin ), f) comparing the minimum of the sum of squares (SqSum g) comparing the magnitude of the minimum value of the first measurement signal (U Sin ) with a second threshold value (thres4) and h) comparing the magnitude of the maximum value of the first measurement signal (U Sin ) with a third threshold value ( thres3), wherein i) the error signal (F s , F c ) with respect to the first measurement signal (U Sin ) is output only if the minimum of the sum of squares (SqSum) is less than the first threshold (thres6), the bet rag of the minimum value of the first measurement signal (U Sin ) is less than the second threshold value (thres4) and the magnitude of the maximum value of the first measurement signal (U Sin ) is less than the third threshold value (thres3). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte d) bis i) ersetzt oder ergänzt werden durch die Schritte: j) Bestimmen eines Betrags eines Minimalwerts des zweiten Messsignals (UCos), k) Bestimmen eines Betrags eines Maximalwerts des zweiten Messsignals (UCos), l) Vergleichen des Minimums der Quadratsumme (SqSum) mit einem vierten Schwellwert (thres5), m) Vergleichen des Betrags des Minimalwerts des zweiten Messsignals (UCos) mit einem fünften Schwellwert (thres2) und n) Vergleichen des Betrags des Maximalwerts des zweiten Messsignals (UCos) mit einem sechsten Schwellwert (thres1), wobei o) das Fehlersignal bezüglich des zweiten Messsignals (UCos) nur dann ausgegeben wird, wenn das Minimum der Quadratsumme (SqSum) kleiner als der vierte Schwellwert (thres5), der Betrag des Minimalwerts des zweiten Messsignals (UCos) kleiner als der fünfte Schwellwert (thres2) und der Betrag des Maximalwerts des zweiten Messsignals (UCos) kleiner als der sechste Schwellwert (thres1) ist.The method of claim 1, wherein the steps d) to i) are replaced or supplemented by the steps: j) determining an amount of a minimum value of the second measurement signal (U Cos ), k) determining an amount of a maximum value of the second measurement signal (U Cos ) , l) comparing the minimum of the square sum (SqSum) with a fourth threshold (thres5), m) comparing the magnitude of the minimum value of the second measurement signal (U Cos ) with a fifth threshold (thres2), and n) comparing the magnitude of the maximum value of the second Measuring signal (U Cos ) with a sixth threshold (thres1), where o) the error signal with respect to the second measurement signal (U Cos ) is output only if the minimum of the sum of squares (SqSum) less than the fourth threshold (thres5), the amount of the minimum value of the second measuring signal (U Cos ) is less than the fifth threshold value (thres2) and the magnitude of the maximum value of the second measuring signal (U Cos ) is less than the sixth threshold value (thres1). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Messsignal (USin) ein Sinussignal und das zweite Messsignal (UCos) ein Cosinussignal des Resolvers ist, oder umgekehrt.The method of claim 1 or 2, wherein the first measurement signal (U Sin ) is a sine signal and the second measurement signal (U Cos ) is a cosine signal of the resolver, or vice versa. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Berechnen der Quadratsumme (SqSum) das erste Messsignal (USin) und das zweite Messsignal (UCos) jeweils durch Demodulation (DM) gewonnen werden.Method according to one of the preceding claims, wherein prior to calculating the sum of squares (SqSum) the first measurement signal (U Sin ) and the second measurement signal (U Cos ) are respectively obtained by demodulation (DM). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zum Gewinnen des ersten Messsignals (USin) und des zweiten Messsignals (UCos) eine Hochpassfilterung (HP) durchgeführt wird.The method of claim 1 or 2, wherein for obtaining the first measurement signal (U Sin ) and the second measurement signal (U Cos ) a high-pass filtering (HP) is performed. Resolvervorrichtung mit – einem Resolver und – einer Fehlerermittlungseinrichtung zum Berechnen einer Quadratsumme (SqSum) eines ersten Messsignals (USin) und eines zweiten Messsignals (UCos) des Resolvers und – einer Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben eines Fehlersignals (Fs, Fc), dadurch gekennzeichnet, dass d) die Fehlerermittlungseinrichtung ausgebildet ist zum: • Bestimmen eines Minimums der Quadratsumme (SqSum), • Bestimmen eines Betrags eines Minimalwerts des ersten Messsignals (USin), • Bestimmen eines Betrags eines Maximalwerts des ersten Messsignals (USin), • Vergleichen des Minimums der Quadratsumme (SqSum) mit einem ersten Schwellwert (thres6), • Vergleichen des Betrags des Minimalwerts des ersten Messsignals (USin) mit einem zweiten Schwellwert (thres4) und • Vergleichen des Betrags des Maximalwerts des ersten Messsignals (USin) mit einem dritten Schwellwert (thres3), wobei e) die Ausgabeeinrichtung das Fehlersignal bezüglich des ersten Messsignals (USin) nur dann ausgibt, wenn das Minimum der Quadratsumme (SqSum) kleiner als der erste Schwellwert (thres6), der Betrag des Minimalwerts des ersten Messsignals (USin) kleiner als der zweite Schwellwert (thres4) und der Betrag des Maximalwerts des ersten Messsignals (USin) kleiner als der dritte Schwellwert (thres3) ist.Resolver device comprising - a resolver and - an error detecting means for calculating a square sum (SqSum) of a first measurement signal (U Sin ) and a second measurement signal (U Cos ) of the resolver and - an output device for outputting an error signal (F s , F c ), characterized characterized in that d) the error determination device is designed to: • determine a minimum of the sum of squares (SqSum), • determine an amount of a minimum value of the first measurement signal (U Sin ), • determine an amount of a maximum value of the first measurement signal (U Sin ), • Comparing the minimum of the square sum (SqSum) with a first threshold value (thres6), comparing the magnitude of the minimum value of the first measurement signal (U Sin ) with a second threshold value (thres4), and comparing the magnitude of the maximum value of the first measurement signal (U Sin ) with a third threshold (thres3), where e) the output device outputs the error signal with respect to the first measurement signal (U Sin ) only if the minimum of the sum of squares (SqSum) is less than the first threshold (thres6), the magnitude of the minimum value of the first measurement signal (U Sin ) is less than the second Threshold (thres4) and the magnitude of the maximum value of the first measurement signal (U Sin ) is less than the third threshold (thres3). Resolvervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Merkmale a) und b) ergänzt oder ersetzt werden durch die Merkmale: f) die Fehlerermittlungseinrichtung ausgebildet ist zum: • Bestimmen eines Minimums der Quadratsumme (SqSum), • Bestimmen eines Betrags eines Minimalwerts des zweiten Messsignals (UCos), • Bestimmen eines Betrags eines Maximalwerts des zweiten Messsignals (UCos), • Vergleichen des Minimums der Quadratsumme (SqSum) mit einem vierten Schwellwert (thres5) Vergleichen des Betrags des Minimalwerts des zweiten Messsignals (UCos) mit einem fünften Schwellwert (thres2) und • Vergleichen des Betrags des Maximalwerts des zweiten Messsignals (UCos) mit einem sechsten Schwellwert (thres1), wobei g) die Ausgabeeinrichtung das Fehlersignal (Fs, Fc) bezüglich des zweiten Messsignals (UCos) nur dann ausgibt, wenn das Minimum der Quadratsumme (SqSum) kleiner als der vierte Schwellwert (thres3), der Betrag des Minimalwerts des zweiten Messsignals (UCos) kleiner als der fünfte Schwellwert (thres2) und der Betrag des Maximalwerts des zweiten Messsignals (UCos) kleiner als der sechste Schwellwert (thres1) ist.Resolver device according to claim 6, wherein the features a) and b) are supplemented or replaced by the features: f) the error detection device is designed to: • determine a minimum of the sum of squares (SqSum), • determine an amount of a minimum value of the second measurement signal (U Cos ), determining an amount of a maximum value of the second measurement signal (U Cos ), comparing the minimum of the sum of squares (SqSum) with a fourth threshold value (thres5), comparing the magnitude of the minimum value of the second measurement signal (U Cos ) with a fifth threshold value ( thres2) and • comparing the magnitude of the maximum value of the second measurement signal (U Cos ) with a sixth threshold value (thres1), where g) the output device only outputs the error signal (F s , F c ) with respect to the second measurement signal (U Cos ), if the minimum of the square sum (SqSum) is less than the fourth threshold value (thres3), the magnitude of the minimum value of the second measurement signal (U Cos ) is smaller than a ls the fifth threshold (thres2) and the magnitude of the maximum value of the second measurement signal (U Cos ) is less than the sixth threshold (thres1). Umrichtersystem mit einer Resolvervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7.Inverter system with a resolver device according to claim 6 or 7. Kraftfahrzeug mit einem Umrichtersystem nach Anspruch 8.Motor vehicle with an inverter system according to claim 8.
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