DE102020108684A1

DE102020108684A1 - Drive unit, sensor unit and method for detecting an angular position

Info

Publication number: DE102020108684A1
Application number: DE102020108684.9A
Authority: DE
Inventors: Jie Zhou
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Erfassung einer Winkelposition (α) eines um eine Drehachse drehbaren Drehbauteils (24) über eine Sensoreinheit (12), die ein festgelegtes Sensorelement (28) und ein gegenüber diesem und gemeinsam mit dem Drehbauteil (24) drehbares Drehelement (22) aufweist, wobei das Sensorelement (28) ein der gemessenen Winkelposition (αm) entsprechendes Sensorsignal bereitstellt und in einem bei einem anwendungsseitigen Betrieb der Sensoreinheit (12) erfolgenden Bearbeitungsschritt die gemessene Winkelposition (αm) zur Verringerung eines Winkelfehlers als aufbereitete Winkelposition (αa) ausgegeben wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Sensoreinheit (12) und eine Antriebseinheit (10).The invention relates to a method (100) for detecting an angular position (α) of a rotary component (24) that can be rotated about an axis of rotation via a sensor unit (12) which has a fixed sensor element (28) and a sensor element (28) with respect to it and together with the rotary component (24). having rotatable rotary element (22), the sensor element (28) providing a sensor signal corresponding to the measured angular position (αm) and, in a processing step taking place during application-side operation of the sensor unit (12), the measured angular position (αm) to reduce an angular error as a processed angular position (αa) is output. The invention also relates to a sensor unit (12) and a drive unit (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Winkelposition nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Sensoreinheit nach Anspruch 9 und eine Antriebseinheit nach Anspruch 10.The invention relates to a method for detecting an angular position according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a sensor unit according to claim 9 and a drive unit according to claim 10.

Ein Verfahren zur Erfassung einer Winkelposition ist beispielsweise aus DE 10 2017 128 891 A1 bekannt. Darin wird ein Verfahren zur Erfassung einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehbaren Drehbauteils beschrieben. Die Erfassung der Winkelposition erfolgt über eine Sensoreinheit, die ein festgelegtes Sensorelement und ein gegenüber diesem und gemeinsam mit dem Drehbauteil drehbares Drehelement aufweist. Die von dem Sensorelement gemessene Winkelposition wird als Sensorsignal bereitgestellt und zur Verringerung eines Winkelfehlers zwischen der gemessenen und der tatsächlich vorliegenden Winkelposition bearbeitet. Beispielsweise wird eine Phasenverschiebung, ein Amplitudenfehler und ein harmonischer Fehler des als Kosinussignal und Sinussignal vorliegenden Sensorsignals verringert.A method for detecting an angular position is, for example, from DE 10 2017 128 891 A1 known. This describes a method for detecting an angular position of a rotary component rotatable about an axis of rotation. The angular position is detected via a sensor unit which has a fixed sensor element and a rotary element which can be rotated relative to this and together with the rotary component. The angular position measured by the sensor element is provided as a sensor signal and processed to reduce an angular error between the measured and the actually present angular position. For example, a phase shift, an amplitude error and a harmonic error of the sensor signal present as cosine signal and sine signal are reduced.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Winkelposition des Drehbauteils genauer und schneller zu erfassen. Die Winkelposition soll mit möglichst wenig Berechnungsaufwand ermittelt werden. Der Einfluss harmonischer Störungen auf das Sensorsignal soll erfasst und verringert werden.The object of the present invention is to detect an angular position of the rotating component more precisely and more quickly. The angular position should be determined with as little calculation effort as possible. The influence of harmonic interference on the sensor signal should be recorded and reduced.

Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann ein harmonischer Fehler in dem Sensorsignal schnell, effizient und während des Betriebs der Sensoreinheit verringert werden. Die Winkelposition kann genauer, schneller und mit weniger Berechnungsaufwand ermittelt werden. Die Zuverlässigkeit des Sensorsignals wird erhöht.At least one of these objects is achieved by a method having the features according to claim 1. As a result, a harmonic error in the sensor signal can be reduced quickly, efficiently and during the operation of the sensor unit. The angular position can be determined more precisely, faster and with less calculation effort. The reliability of the sensor signal is increased.

Die Sensoreinheit und das Drehbauteil können in einem Fahrzeug angeordnet sein. Das Drehbauteil und das Drehelement können konzentrisch drehbar angeordnet sein. Das Drehbauteil und das Drehelement können miteinander drehfest verbunden, insbesondere einteilig ausgeführt, sein. Die Sensoreinheit kann als Winkelsensor ausgeführt sein.The sensor unit and the rotating component can be arranged in a vehicle. The rotating component and the rotating element can be arranged so as to be concentrically rotatable. The rotary component and the rotary element can be connected to one another in a rotationally fixed manner, in particular made in one piece. The sensor unit can be designed as an angle sensor.

Das Sensorelement kann ein magnetoresistiver Sensor sein. Das Sensorelement kann ein AMR, GMR, TMR oder Hall Sensor sein.The sensor element can be a magnetoresistive sensor. The sensor element can be an AMR, GMR, TMR or Hall sensor.

Das Drehelement kann ein Magnetring sein. Das Drehelement kann ein Permanentmagnet sein. Das Drehelement kann diametral magnetisiert sein.The rotating element can be a magnetic ring. The rotating element can be a permanent magnet. The rotating element can be magnetized diametrically.

Das Sensorsignal kann aus einem einer ersten Erfassungsposition zugeordneten periodischen ersten Sensorsignal und einem einer um die Drehachse senkrecht zu der ersten Erfassungsposition liegenden zweiten Erfassungsposition zugeordneten periodischen zweiten Sensorsignal bestehen. Das erste Sensorsignal kann ein Kosinussignal und das zweite Sensorsignal ein Sinussignal sein.The sensor signal can consist of a periodic first sensor signal assigned to a first detection position and a periodic second sensor signal assigned to a second detection position lying about the axis of rotation perpendicular to the first detection position. The first sensor signal can be a cosine signal and the second sensor signal can be a sine signal.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die gemessene Winkelposition über eine atan2-Funktion abhängig von dem Sensorsignal, insbesondere dem Kosinussignal und dem Sinussignal, berechnet.In a preferred embodiment of the invention, the measured angular position is calculated via an atan2 function as a function of the sensor signal, in particular the cosine signal and the sine signal.

Der Winkelfehler kann eine Abweichung zwischen der gemessenen Winkelposition und der tatsächlich vorliegenden Winkelposition angeben.The angular error can indicate a deviation between the measured angular position and the angular position actually present.

Die Berechnungsunsicherheit kann eine Abweichung zwischen der aufbereiteten und der gemessenen und/oder tatsächlich vorliegenden Winkelposition angeben.The calculation uncertainty can indicate a discrepancy between the processed and the measured and / or actually present angular position.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die aufbereitete Winkelposition in dem Anpassungsschritt für eine zwischen zwei Stützstellen liegende gemessene Winkelposition linear interpoliert. Dadurch kann der Berechnungsaufwand, vor allem im anwendungsseitigen Betrieb der Sensoreinheit, verringert werden.In a preferred embodiment of the invention, the prepared angular position is linearly interpolated in the adaptation step for a measured angular position lying between two interpolation points. As a result, the calculation effort, especially in the application-side operation of the sensor unit, can be reduced.

Ein von der Winkelposition α abhängiger und bei der zwischen zwei Stützstellen linear interpoliert berechneten aufbereiteten Winkelposition auftretender Berechnungsfehler ∈ als Differenz zwischen der aufbereiteten Winkelposition und der gemessenen Winkelposition lässt sich mit einer Auflösung A der Sensoreinheit in einem Abweichungsbeiwert C wie folgt festlegen $C = \frac{ε (α)}{A}$

One from the angular position α dependent calculation error ∈ occurring in the prepared angular position calculated linearly interpolated between two interpolation points as the difference between the prepared angular position and the measured angular position can be determined with one resolution A. of the sensor unit in a deviation coefficient C. set as follows

C. = \frac{ε (α)}{A.}

Die Auflösung A kann in dem Anpassungsschritt erfasst werden, indem der Signalverlauf der gemessenen Winkelposition α_m(α) ermittelt wird. Anschließend kann ein gleitender Durchschnitt der gemessenen Winkelposition als $α_{m}^{*} (α)$

ermittelt werden. Die Auflösung A ist eine davon abhängige Funktion entsprechend

A = f (α_{m}^{*} - α_{m})

The resolution A. can be recorded in the adaptation step by the signal curve of the measured angular position α _m ( α ) is determined. A moving average of the measured angular position can then be used as a

α_{m}^{*} (α)

be determined. The resolution A. is a function that depends on it

A. = f (α_{m}^{*} - α_{m})

Die Auflösung A hängt von einem Rauschen des Sensorsignals ab und nimmt üblicherweise einen Wert ±3σ und damit 6σ, mit dem bei einem RMS-Rauschen des Sensorsignals auftretenden σ ein.The resolution A. depends on a noise of the sensor signal and usually takes a value of ± 3σ and thus 6σ, with the σ occurring with an RMS noise of the sensor signal.

Der Abweichungsbeiwert C kann durch folgenden Zusammenhang abhängig von der aufbereiteten Winkelposition α_a und der gemessenen Winkelposition α_m berechnet werden $C (α, β) = \frac{α_{a} (α, β) - α_{m} (α)}{A}$

The deviation coefficient C. can be dependent on the processed angular position due to the following relationship α _a and the measured angular position α _m be calculated

C. (α, β) = \frac{α_{a} (α, β) - α_{m} (α)}{A.}

Der Abweichungsbeiwert C und die aufbereitete Winkelposition α_a hängen von der Winkelposition β der Stützstellen und der Winkelposition α ab.The deviation coefficient C. and the processed angular position α _a depend on the angular position β of the support points and the angular position α away.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Berechnungsunsicherheit abhängig von einem Gradienten der gemessenen Winkelposition.In a preferred embodiment of the invention, the calculation uncertainty is dependent on a gradient of the measured angular position.

Eine Empfindlichkeit S als derartiger Gradient der gemessenen Winkelposition α_m von der Winkelposition α kann wie folgt beschrieben werden $S = \frac{d α_{m}}{d α}$

und als Verstärkung V entsprechend

V = S^{- 1}

beschrieben werden. Eine Änderung der Empfindlichkeit bzw. Verstärkung wirkt sich damit unmittelbar auf die Auflösung A der gemessenen Winkelposition α_m aus.A sensitivity S. as such a gradient of the measured angular position α _m from the angular position α can be described as follows

S. = \frac{d α_{m}}{d α}

and as reinforcement V corresponding

V = {S.}^{- 1}

to be discribed. A change in sensitivity or amplification therefore has a direct effect on the resolution A. the measured angular position α _m the end.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung schließt die Berechnungsunsicherheit einen Berechnungsfehler als Differenz zwischen der aufbereiteten Winkelposition und der gemessenen Winkelposition ein. Die Berechnungsunsicherheit kann die Summe aus einem durch ein Rauschen verursachten Fehler und dem Berechnungsfehler sein.In a preferred embodiment of the invention, the calculation uncertainty includes a calculation error as the difference between the processed angular position and the measured angular position. The calculation uncertainty can be the sum of an error caused by noise and the calculation error.

Die Berechnungsunsicherheit F(α) kann über folgenden Zusammenhang beschrieben werden $F (α) = V (α) \cdot A + ε (α) = [V (α) + | C (α) |] \cdot A$

The calculation uncertainty F ( α ) can be described using the following context

F. (α) = V (α) \cdot A. + ε (α) = [V (α) + | C. (α) |] \cdot A.

Die Berechnungsunsicherheit F(α) ist bei maximalem Berechnungsfehler ∈ und maximaler Verstärkung V mit der maximalen Berechnungsunsicherheit F_max am größten.The calculation uncertainty F ( α ) is with maximum calculation error ∈ and maximum gain V with the maximum calculation uncertainty F _max greatest.

Die maximale Berechnungsunsicherheit F_max, insbesondere zwischen zwei Stützstellen, hängt von einer Winkelposition β der Stützstelle ab, womit $F_{m a x} (β) = max [F (α, β)]$

ist. In dem Anpassungsschritt kann die jeweilige Winkelposition β der Stützstelle zur Hinterlegung in der Zuordnungstabelle abhängig von der Berechnungsunsicherheit F festgelegt werden, indem die maximale Berechnungsunsicherheit F_max gemäß

F_{o p t} = min [F_{m a x} (β)]

möglichst weit verringert wird.The maximum calculation uncertainty F _max , in particular between two support points, depends on an angular position β of the support point, which means

{F.}_{m a x} (β) = Max [F. (α, β)]

is. In the adaptation step, the respective angular position β of the interpolation point for storage in the assignment table can be determined as a function of the calculation uncertainty F by the maximum calculation uncertainty F _max according to

{F.}_{O p t} = min [{F.}_{m a x} (β)]

is reduced as much as possible.

Eine weitere oder alternative Möglichkeit, die Winkelposition der Stützstelle zur Hinterlegung in der Zuordnungstabelle abhängig von der Berechnungsunsicherheit F festzulegen, wird nachfolgend beschrieben.Another or alternative possibility of defining the angular position of the interpolation point to be stored in the assignment table as a function of the calculation uncertainty F is described below.

Ist das Sensorsignal mit einem harmonischen Winkelfehler überlagert, kann dieser als periodisch auftretender Winkelfehler vorliegen. Die gemessene Winkelposition α_m zeigt dabei im Vergleich zu der tatsächlich vorliegenden Winkelposition α einen periodischen Verlauf.If the sensor signal is superimposed with a harmonic angle error, this can be present as a periodically occurring angle error. The measured angular position α _m shows in comparison to the actual angular position α a periodic course.

Der in die Berechnungsunsicherheit F einfließende Berechnungsfehler ∈ als Differenz zwischen der aufbereiteten Winkelposition α_a(α) und der gemessenen Winkelposition α_m{α) hängt von der Anzahl an Stützstellen ab.The calculation error ∈ flowing into the calculation uncertainty F as the difference between the processed angular position α _a ( α ) and the measured angular position α _m { α ) depends on the number of support points.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die Stützstellen voneinander abweichende Abstände auf. Die Stützstellen können eine inhomogene Verteilung aufweisen.In a preferred embodiment of the invention, the interpolation points have spacings that differ from one another. The support points can have an inhomogeneous distribution.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Winkelposition der Stützstelle abhängig von einer zweifachen Ableitung der gemessenen Winkelposition.In a preferred embodiment of the invention, the angular position of the support point is dependent on a twofold derivative of the measured angular position.

Wird die aufbereitete Winkelposition linear interpoliert berechnet, dann verringert sich die Berechnungsunsicherheit F mit zunehmender Anzahl an Stützstellen, vor allem aber in den Bereichen der gemessenen Winkelposition α_m(α), die stärker von einem linearen Verlauf abweichen. Dementsprechend lässt sich eine die Berechnungsunsicherheit F verringernde Stützstellendichte P innerhalb einer Periode wie folgt angeben $ρ (α) = c_{1} \cdot {| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{d}$

mit den Konstanten c₁ und d. Ein Abstand D(α) zwischen den Stützstellen kann wie folgt berechnet werden

D (α) = \frac{c_{2}}{ρ (α)} = \frac{c_{2}}{c_{1} \cdot {| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{d}} = \frac{c}{{| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{d}}

mit den Konstanten c₂ und c. Die Konstante c kann unter der Bedingung, dass die Summe der Abstände D(α) über eine Periode gleich 2π ist, wie folgt berechnet werden

c = \frac{2 π}{\sum_{i = 1}^{n} \frac{1}{{| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{d}}}

mit der Anzahl n der Abstände D(α) über eine Periode. Damit kann der optimale Abstand D_opt(α) der Stützstellen nach

D_{o p t} (α) = \frac{2 π}{{| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{\frac{1}{3}} \sum_{i = 1}^{n} \frac{1}{{| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{\frac{1}{3}}}}

1 ermittelt werden, mit einer als optimal ermittelten Konstante

d = \frac{1}{3.}

Die Winkelposition β(i) der Stützstelle ergibt sich anschließend durch

β (i) = \sum_{j = 1}^{i} D (i)

womit die Stützstellen zur Hinterlegung in der Zuordnungstabelle abweichend von einer äquidistanten Verteilung zur Verringerung der Berechnungsunsicherheit F optimal positioniert sind. Dadurch lässt sich die Berechnungsunsicherheit beispielsweise um 36% verringern.If the prepared angular position is calculated linearly interpolated, then the calculation uncertainty F decreases with an increasing number of support points, but above all in the areas of the measured angular position α _m ( α ), which deviate more from a linear course. Correspondingly, a support point density that reduces the calculation uncertainty F can be achieved P. specify within a period as follows

ρ (α) = c_{1} \cdot {| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{d}

with the constants c ₁ and d. A distance D ( α ) between the support points can be calculated as follows

D. (α) = \frac{c_{2}}{ρ (α)} = \frac{c_{2}}{c_{1} \cdot {| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{d}} = \frac{c}{{| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{d}}

with the constants c ₂ and c. The constant c can be given under the condition that the sum of the distances D ( α ) is equal to 2π over a period can be calculated as follows

c = \frac{2 π}{\sum_{i = 1}^{n} \frac{1}{{| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{d}}}

with the number n of distances D ( α ) over a period. This allows the optimal distance D _opt ( α ) according to the support points

{D.}_{O p t} (α) = \frac{2 π}{{| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{\frac{1}{3}} \sum_{i = 1}^{n} \frac{1}{{| \frac{d^{2} α_{m}}{d α^{2}} |}^{\frac{1}{3}}}}

1 can be determined with a constant determined as optimal

d = \frac{1}{3rd}

The angular position β (i) of the support point is then given by

β (i) = \sum_{j = 1}^{i} D. (i)

with which the support points are optimally positioned to be stored in the assignment table, deviating from an equidistant distribution in order to reduce the calculation uncertainty F. This allows the calculation uncertainty to be reduced by 36%, for example.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Anpassungsschritt bei Festlegung der Zuordnungstabelle vor einem anwendungsseitigen Betrieb der Sensoreinheit ausgeführt. Die Zuordnungstabelle kann vor einer erstmaligen anwendungsseitigen Inbetriebnahme der Sensoreinheit, beispielsweise nach einer Fertigstellung der Sensoreinheit, festgelegt werden. Der Anpassungsschritt kann vor einer erstmaligen anwendungsseitigen Inbetriebnahme der Sensoreinheit ausgeführt werden.In a preferred embodiment of the invention, the adaptation step is carried out when the assignment table is established before the sensor unit is operated on the application side. The assignment table can be established before the sensor unit is put into operation for the first time on the application side, for example after the sensor unit has been completed. The adaptation step can be carried out before the sensor unit is put into operation for the first time on the application side.

Weiterhin wird zur Lösung wenigstens einer der zuvor genannten Aufgaben eine Sensoreinheit vorgeschlagen, aufweisend ein festgelegtes Sensorelement und ein Drehelement, das gegenüber dem Sensorelement um eine Drehachse und gemeinsam mit einem Drehbauteil drehbar ist und eine Winkelposition des Drehbauteils durch ein Verfahren mit wenigstens einem der zuvor beschriebenen Merkmale erfassbar ist.Furthermore, to solve at least one of the aforementioned objects, a sensor unit is proposed, having a fixed sensor element and a rotary element which is rotatable relative to the sensor element about an axis of rotation and together with a rotary component and an angular position of the rotary component by a method with at least one of the previously described Features is detectable.

Weiterhin wird zur Lösung wenigstens einer der zuvor genannten Aufgaben eine Antriebseinheit vorgeschlagen, aufweisend ein Antriebselement mit einem um eine Drehachse drehbaren Drehbauteil und eine zuvor beschriebene und zur Erfassung einer Winkelposition des Drehbauteils angeordnete Sensoreinheit. Dadurch kann die Antriebseinheit genauer, schneller und einfacher gesteuert werden.Furthermore, a drive unit is proposed to solve at least one of the aforementioned objects, having a drive element with a rotary component rotatable about an axis of rotation and a previously described sensor unit arranged to detect an angular position of the rotary component. This allows the drive unit to be controlled more precisely, faster and more easily.

Die Antriebseinheit kann in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet sein. Die Antriebseinheit kann ein Elektromotor sein. Der Elektromotor kann einem Aktor zugeordnet sein. Der Aktor kann ein Kupplungsaktor sein. Der Aktor kann ein modularer Kupplungsaktor, ein sogenannter MCA, sein. Der Elektromotor kann ein Antriebsmoment zum Antrieb des Fahrzeugs bewirken.The drive unit can be arranged in a drive train of a vehicle. The drive unit can be an electric motor. The electric motor can be assigned to an actuator. The actuator can be a clutch actuator. The actuator can be a modular clutch actuator, a so-called MCA. The electric motor can produce a drive torque for driving the vehicle.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.Further advantages and advantageous configurations of the invention emerge from the description of the figures and the illustrations.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:

1: Einen räumlichen Querschnitt durch eine Antriebseinheit mit einer Sensoreinheit in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
2: Einen Sensorsignalverlauf einer Sensoreinheit in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
3: Einen Verlauf eines Berechnungsfehlers zwischen zwei Stützstellen bei Anwendung einer Zuordnungstabelle.
4: Eine Berechnungsunsicherheit bei einem Sensorsignal.
5: Ein Verfahren zur Ermittlung einer Winkelposition in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
6: Einen periodisch verlaufenden Winkelfehler über die Winkelposition.
7: Eine Verschiebung einer Stützstelle bei dem Winkelfehler aus 6.
8: Eine inhomogene Verteilung von Stützstellen.

The invention is described in detail below with reference to the figures. They show in detail:

1 : A spatial cross section through a drive unit with a sensor unit in a special embodiment of the invention.
2 : A sensor signal curve of a sensor unit in a special embodiment of the invention.
3 : A course of a calculation error between two support points when using an assignment table.
4th : A calculation uncertainty for a sensor signal.
5 : A method for determining an angular position in a special embodiment of the invention.
6th : A periodic angle error over the angular position.
7th : A shift of a support point in the case of the angle error 6th .
8th : An inhomogeneous distribution of support points.

1 zeigt einen räumlichen Querschnitt durch eine Antriebseinheit 10 mit einer Sensoreinheit 12 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebseinheit 10 ist in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet und als modularer Kupplungsaktor, ein sogenannter MCA, ausgeführt, umfassend eine Spindel 14 und einen Elektromotor 16 mit einem um eine Drehachse drehbaren Rotor 18. Die Spindel 14 führt zur Kupplungsbetätigung eine lineare Bewegung aus und wird über einen Planetenwälzgewindetrieb 20, abgekürzt PWG, durch eine Drehbewegung des elektromechanisch angetriebenen Rotors 18 bewegt. 1 shows a spatial cross section through a drive unit 10 with a sensor unit 12th in a special embodiment of the invention. The drive unit 10 is arranged in a drive train of a vehicle and designed as a modular clutch actuator, a so-called MCA, comprising a spindle 14th and an electric motor 16 with a rotor that can be rotated around an axis of rotation 18th . The spindle 14th executes a linear movement to actuate the clutch and is controlled by a planetary screw drive 20th , abbreviated PWG, by rotating the electromechanically driven rotor 18th emotional.

Die Sensoreinheit 12 ist zur Erkennung einer Winkelposition des Rotors 18 angeordnet und weist ein Drehelement 22 auf, das als mit dem als Rotor 18 ausgeführten Drehbauteil 24 drehfest verbundener Magnetring 26 ausgeführt ist. Der Magnetring 26 ist insbesondere ein Permanentmagnet und diametral magnetisiert. The sensor unit 12th is to detect an angular position of the rotor 18th arranged and has a rotating element 22nd on that as with that as rotor 18th executed rotating component 24 non-rotatably connected magnetic ring 26th is executed. The magnetic ring 26th is in particular a permanent magnet and is diametrically magnetized.

Die Sensoreinheit 12 weist weiterhin ein Sensorelement 28 auf, das als Magnetsensor, insbesondere als magnetoresistiver Sensor, ausgeführt ist. Das Sensorelement 28 ist axial zu dem Drehelement 22 beabstandet auf einer Platine 30 angebracht und ermöglicht eine Erkennung des von dem Drehelement 22 ausgehenden Magnetfelds.The sensor unit 12th furthermore has a sensor element 28 on, which is designed as a magnetic sensor, in particular as a magnetoresistive sensor. The sensor element 28 is axial to the rotating element 22nd spaced on a board 30th attached and enables detection of the rotating element 22nd outgoing magnetic field.

Durch die Einwirkung des von dem Drehelement 22 ausgehenden Magnetfelds auf das Sensorelement 28 ist eine Erfassung der Winkelposition des Drehbauteils 24 möglich, da durch die diametrale Magnetisierung des Magnetrings 26 das Magnetfeld in Abhängigkeit von der Winkelposition des Rotors 18 verändert wird.By the action of the rotating element 22nd outgoing magnetic field on the sensor element 28 is a detection of the angular position of the rotating member 24 possible because of the diametrical magnetization of the magnetic ring 26th the magnetic field as a function of the angular position of the rotor 18th is changed.

In 2 ist ein Sensorsignalverlauf einer Sensoreinheit in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die von der Sensoreinheit gemessenen Winkelpositionen α_m sind über die vorliegenden, tatschlichen Winkelpositionen α abgebildet. Ein ideales Sensorsignal S1 der Sensoreinheit wäre linear. Ein tatsächliches Sensorsignal S2 kann eine Phasenverschiebung und einen harmonischen Fehler aufweisen. Ein um die Phasenverschiebung bereinigtes Sensorsignal S3 unterliegt immer noch einem harmonischen Fehler, der über die Winkelposition hinweg periodisch verläuft.In 2 shows a sensor signal curve of a sensor unit in a special embodiment of the invention. The angular positions measured by the sensor unit α _m are about the actual, actual angular positions α pictured. An ideal sensor signal S1 from the sensor unit would be linear. An actual sensor signal S2 can have a phase shift and a harmonic error. A sensor signal S3 adjusted for the phase shift is still subject to a harmonic error which runs periodically over the angular position.

3 zeigt einen Verlauf eines Berechnungsfehlers zwischen zwei Stützstellen bei Anwendung einer Zuordnungstabelle. Die voneinander beabstandet angeordneten Stützstellen P sind in einer Zuordnungstabelle hinterlegt und geben jeweils die Zuordnung zwischen der der einzelnen Stützstelle P entsprechenden gemessenen Winkelposition α_m und einer aufbereiteten Winkelposition α_a an. Für alle zwischen den Stützstellen P liegende gemessenen Winkelpositionen α_m wird die zugehörige aufbereitete Winkelposition α_a linear interpoliert berechnet. Dadurch kann ein Berechnungsfehler ε, der als Differenz zwischen der aufbereiteten Winkelposition α_a und der gemessenen Winkelposition α_m gebildet ist, vorliegen und einen maximalen Berechnungsfehler ε_max einnehmen. An den Stützstellen P ist der Berechnungsfehler ε gleich Null. 3 shows a course of a calculation error between two support points when using an assignment table. The support points arranged at a distance from one another P. are stored in an assignment table and provide the assignment between the individual support points P. corresponding measured angular position α _m and an edited angular position α _a at. For everyone between the support points P. horizontal measured angular positions α _m becomes the associated processed angular position α _a calculated linearly interpolated. This can cause a calculation error ε , which is the difference between the processed angular position α _a and the measured angular position α _m is formed, are present and assume a maximum calculation error ε _max . At the support points P. is the calculation error ε equals zero.

Würde die aufbereitete Winkelposition α_a,n nichtlinear interpoliert werden, könnte der Berechnungsfehler ε verringert werden. Allerdings würde der Berechnungsaufwand bei einer nichtlinear interpoliert aufbereiteten Winkelposition stark ansteigen und würde die Sensoreinheit verteuern und die Auswertezeit erhöhen.Would the processed angular position α _{a, n} are interpolated nonlinearly, the calculation error could be ε be reduced. However, in the case of an angular position prepared in a non-linearly interpolated manner, the computational effort would increase sharply and would make the sensor unit more expensive and increase the evaluation time.

In 4 ist eine Berechnungsunsicherheit bei einem Sensorsignal dargestellt. Die durch ein Rauschen, beispielsweise ein RMS-Rauschen des Sensorsignals, bestehende Berechnungsunsicherheit ist abhängig von dem Verlauf des Sensorsignals. Im Speziellen ist die Berechnungsunsicherheit abhängig von der Steigung des Sensorsignals. Dementsprechend kann eine erste eingangsseitige Messunsicherheit σ_e,1 bei der gemessenen Winkelposition α_m eine kleinere erste ausgangsseitige Messunsicherheit σ_a,1 bei der aufbereiteten Winkelposition α_a bewirken. Bei größerer Steigung des Sensorsignals hingegen kann eine zweite eingangsseitige Messunsicherheit σ_e,2 eine größere zweite ausgangsseitige Messunsicherheit σ_a,2 bei der aufbereiteten Winkelposition α_a auslösen.In 4th a calculation uncertainty for a sensor signal is shown. The calculation uncertainty that exists due to noise, for example an RMS noise of the sensor signal, depends on the course of the sensor signal. In particular, the calculation uncertainty depends on the slope of the sensor signal. Accordingly, a first measurement uncertainty on the input side σ _{e, 1} at the measured angular position α _m a smaller first measurement uncertainty on the output side σ _{a, 1} at the prepared angular position α _a cause. In contrast, with a greater slope of the sensor signal, a second measurement uncertainty on the input side can occur σ _{e, 2} a larger second measurement uncertainty on the output side σ _{a, 2} at the prepared angular position α _a trigger.

5 zeigt ein Verfahren 100 zur Ermittlung einer Winkelposition in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 100 umfasst einen vor einem anwendungsseitigen Betrieb der Sensoreinheit, beispielsweise vor einer erstmaligen anwendungsseitigen Inbetriebnahme, erfolgenden Anpassungsschritt 102 zur Festlegung der Winkelpositionen der Stützstellen in der Zuordnungstabelle zur nachgelagerten Anwendung in einem während eines anwendungsseitigen Betriebs der Sensoreinheit erfolgenden Bearbeitungsschritt zur Verringerung eines Winkelfehlers zwischen den gemessenen Winkelpositionen und den tatsächlich vorliegenden Winkelpositionen. 5 shows a procedure 100 for determining an angular position in a special embodiment of the invention. The procedure 100 comprises an adaptation step that takes place before the sensor unit is operated on the application side, for example before it is put into operation for the first time on the application side 102 to define the angular positions of the interpolation points in the assignment table for the downstream application in a processing step taking place during an application-side operation of the sensor unit to reduce an angular error between the measured angular positions and the angular positions actually present.

Die über die Sensoreinheit gemessenen Winkelpositionen α_m(α), insbesondere an mehr als einhundert Winkelpositionen, wird mit einem gleitenden Durchschnitt der gemessenen Winkelposition $α_{m}^{*} (α)$

verwendet, um die Auflösung A nach (2) zu berechnen. Außerdem wird die Empfindlichkeit S nach (4) und daraus die Verstärkung V nach (5) berechnet. _{The angular positions α m} (α) measured via the sensor unit, in particular at more than one hundred angular positions, are compared with a moving average of the measured angular position

α_{m}^{*} (α)

used to resolution A. to be calculated according to (2). It also increases the sensitivity S. according to (4) and from this the gain V calculated according to (5).

Parallel dazu werden Stützstellen P mit anfänglichen Winkelpositionen β_i festgelegt. Die jeweils anfängliche Winkelposition β_i kann zwischen einem Intervall mit einer vorgegebenen Intervallbreite schrittweise berechnet werden. Die Schrittlänge kann beliebig sein, praktischerweise sollte diese jedoch kleiner gleich 1/10 der Intervallbreite sein. Die gemessenen Winkelpositionen α_m werden zwischen den Stützstellen P als aufbereitete Winkelposition α_a(α) linear interpoliert. Daraus wird der Abweichungsbeiwert C(α, β) nach (3) berechnet.In parallel, there are support points P. set with initial angular positions β _i . The respective initial angular position β _i can be calculated step-by-step between an interval with a predetermined interval width. The stride length can be any, but in practice it should be less than or equal to 1/10 of the interval width. The measured angular positions α _m are between the support points P. as processed angular position α _a ( α ) linearly interpolated. The deviation coefficient C (α, β) according to (3) is calculated from this.

Anschließend wird die Berechnungsunsicherheit F(α,β), welche eine dreidimensionale Darstellung über die einerseits durch die Winkelposition α und andererseits durch die anfängliche Winkelposition β gebildeten Koordinaten ist, über (6) berechnet und die maximale Berechnungsunsicherheit F_max(β) nach (7) berechnet. Die maximale Berechnungsunsicherheit F_max(β) gibt für jede anfängliche Winkelposition β das Maximum der über die der anfänglichen Winkelposition β jeweils zugeordneten Winkelpositionen α vorhandenen Berechnungsunsicherheiten F(α, β) an.Then the calculation uncertainty F (α, β), which is a three-dimensional representation on the one hand by the angular position α and on the other hand coordinates formed by the initial angular position β are calculated using (6) and the maximum calculation uncertainty F _max (β) is calculated according to (7). The maximum calculation uncertainty F _max (β) gives for each initial angular position β the maximum of the angular positions associated with the initial angular position β α existing calculation uncertainties F (α, β).

Abschließend wird die einer möglichst verringerten Berechnungsunsicherheit F_opt(β), als Minimum der Berechnungsunsicherheit F_max(β), entsprechende anfängliche Winkelposition β der Stützstelle P zur Festlegung in der Zuordnungstabelle ausgegeben.Finally, the initial angular position β of the interpolation point corresponding to _{a calculation uncertainty} F opt (β) that is as reduced as possible, as the minimum of the calculation uncertainty F _{max (β)} P. to be specified in the assignment table.

In 6 ist ein periodisch verlaufender Winkelfehler über die Winkelposition α dargestellt. Der in die Berechnungsunsicherheit einfließende Berechnungsfehler als Differenz zwischen dem der aufbereiteten Winkelposition entsprechenden Verlauf K1 und dem der gemessenen Winkelposition entsprechenden Verlauf K2 hängt von der Anzahl an Stützstellen P ab. Wird die aufbereitete Winkelposition wie hier linear interpoliert berechnet, dann verringert sich die Berechnungsunsicherheit mit zunehmender Anzahl an Stützstellen P, vor allem aber in den Bereichen der gemessenen Winkelposition, die stärker von einem linearen Verlauf abweichen.In 6th is a periodic angle error over the angular position α shown. The calculation error flowing into the calculation uncertainty as the difference between the curve K1 corresponding to the processed angular position and the curve K2 corresponding to the measured angular position depends on the number of interpolation points P. away. If the prepared angular position is calculated as linearly interpolated here, then the calculation uncertainty decreases as the number of support points increases P. , but especially in the areas of the measured angular position that deviate more from a linear course.

7 zeigt eine Verschiebung einer Stützstelle P1 bei dem Winkelfehler aus 6. Eine Stützstelle P1 der mehreren Stützstellen P wird von dem Bereich A in den Bereich B verschoben. Dadurch wird sich der Berechnungsfehler in dem einem linearen Verlauf stärker angenäherten Bereich A geringer erhöhen, als dieser in dem von einem linearen Verlauf stärker abweichenden Bereich B verringert wird. Beispielsweise liegt in dem vor der Verschiebung der Stützstelle P1 zwischen den Stützstellen P aufgespannten Bereich B ein maximaler Berechnungsfehler vor. Der maximale Berechnungsfehler wird durch die Verschiebung der Stützstelle P1 verringert. 7th shows a shift of a support point P1 in the case of the angle error 6th . One support point P1 of the several support points P. is from the area A. moved to area B. As a result, the calculation error in the area that approximates a linear curve more closely A. Increase less than this is reduced in the region B deviating more from a linear curve. For example, the interpolation point P1 lies between the interpolation points before the displacement P. spanned area B a maximum calculation error. The maximum calculation error is reduced by shifting the interpolation point P1.

In 8 ist eine inhomogene Verteilung von Stützstellen P dargestellt. Die Stützstellendichte ρ(α) nach (9) ist in den Bereichen E1 höher als in den stärker einem linearen Verlauf angeglichenen Bereich E2. Die nach (10) berechneten Stützstellenabstände D(α) sind in den Bereichen E1 mit einer höheren Stützstellendichte ρ(α) dementsprechend geringer als in dem Bereich E2, bei dem eine kleinere Stützstellendichte ρ(α) vorhanden ist. Da die Stützstellen P zur Hinterlegung in der Zuordnungstabelle abweichend von einer äquidistanten Verteilung zur Verringerung der Berechnungsunsicherheit dadurch optimal positioniert werden, lässt sich die Berechnungsunsicherheit beispielsweise um 36% verringern.In 8th is an inhomogeneous distribution of support points P. shown. The support point density ρ (α) according to (9) is in the areas E1 higher than in the area that is more closely aligned with a linear curve E2 . The grid point spacings D (α) calculated according to (10) are in the ranges E1 with a higher support point density ρ (α) accordingly lower than in the area E2 , at which there is a smaller support point density ρ (α). Since the support points P. be optimally positioned for storage in the allocation table deviating from an equidistant distribution to reduce the calculation uncertainty, the calculation uncertainty can be reduced by 36%, for example.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: AntriebseinheitDrive unit
1212th: SensoreinheitSensor unit
1414th: Spindelspindle
1616: ElektromotorElectric motor
1818th: Rotorrotor
2020th: PlanetenwälzgewindetriebPlanetary screw drive
2222nd: DrehelementRotary element
2424: DrehbauteilRotary component
2626th: MagnetringMagnetic ring
2828: SensorelementSensor element
3030th: Platinecircuit board
100100: Verfahrenprocedure
102102: Anpassungsschritt Adjustment step
AA.: Auflösungresolution
αα: WinkelpositionAngular position
αmαm: gemessene Winkelpositionmeasured angular position
αa, αa,nαa, αa, n: aufbereitete Winkelpositionprocessed angular position
CC.: AbweichungsbeiwertDeviation coefficient
DD.: Abstanddistance
εε: BerechnungsfehlerCalculation error
EmaxEmax: maximaler Berechnungsfehlermaximum calculation error
E1, E2E1, E2: Bereicharea
PP.: StützstelleSupport point
PP.: StützstellendichteSupport point density
SS.: Empfindlichkeitsensitivity
σe,1, σe,2σe, 1, σe, 2: eingangsseitige Messunsicherheitmeasurement uncertainty on the input side
σa,1, σa,2σa, 1, σa, 2: ausgangsseitige Messunsicherheitmeasurement uncertainty on the output side
VV: VerstärkungReinforcement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102017128891 A1 [0002]DE 102017128891 A1 [0002]

Claims

Verfahren (100) zur Erfassung einer Winkelposition (α) eines um eine Drehachse drehbaren Drehbauteils (24) über eine Sensoreinheit (12), die ein festgelegtes Sensorelement (28) und ein gegenüber diesem und gemeinsam mit dem Drehbauteil (24) drehbares Drehelement (22) aufweist, wobei das Sensorelement (28) ein der gemessenen Winkelposition (α_m) entsprechendes Sensorsignal bereitstellt und in einem bei einem anwendungsseitigen Betrieb der Sensoreinheit (12) erfolgenden Bearbeitungsschritt die gemessene Winkelposition (α_m) zur Verringerung eines Winkelfehlers als aufbereitete Winkelposition (α_a) ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bearbeitungsschritt eine Zuordnungstabelle mit einer Zuordnung zwischen mehreren diskret als Stützstellen (P) gemessenen Winkelpositionen (α_m) und diesen zugeordneten aufbereiteten Winkelpositionen (α_a) verwendet wird und die aufbereitete Winkelposition (α_a) für eine jeweils zwischen zwei Stützstellen (P) liegende gemessene Winkelposition (α_m) interpoliert berechnet wird und in einem Anpassungsschritt (102) wenigstens eine Winkelposition (β) der Stützstelle (P) zur Hinterlegung in der Zuordnungstabelle wenigstens abhängig von einer Berechnungsunsicherheit (F) der aufbereiteten Winkelposition (α_a) festgelegt wird.Method (100) for detecting an angular position (α) of a rotary component (24) rotatable about an axis of rotation via a sensor unit (12) which has a fixed sensor element (28) and a rotary element (22) which can be rotated relative to this and together with the rotary component (24) ), wherein the sensor element (28) the measured angular position provides (α _m) corresponding sensor signal, and in an taking place in an application-side operation of the sensor unit (12) processing step the measured angular position (α _m) of reducing an angular error as recycled angular position (α _a ) is output, characterized in that in the processing step an assignment table with an assignment between several angular positions (α _m ) measured discretely as interpolation points (P) and processed angular positions (α _a ) assigned to them is used and the processed angular position (α _a ) for a measured angle po lying between two support points (P) sition (α _m ) is calculated interpolated and in an adaptation step (102) at least one angular position (β) of the interpolation point (P) to be stored in the assignment table is determined at least depending on a calculation uncertainty (F) of the processed angular position (α _a ).

Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpassungsschritt (102) bei Festlegung der Zuordnungstabelle vor einem anwendungsseitigen Betrieb der Sensoreinheit (12) ausgeführt wird.Method (100) according to Claim 1 , characterized in that the adaptation step (102) is carried out when defining the assignment table before the application-side operation of the sensor unit (12).

Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstellen (p) voneinander abweichende Abstände (D) aufweisen.Method (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the support points (p) have spacings (D) that differ from one another.

Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelposition (β) der Stützstelle (P) abhängig von einer zweifachen Ableitung der gemessenen Winkelposition (α_m) ist.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the angular position (β) of the interpolation point (P) is dependent on a twofold derivative of the measured angular position (α _m ).

Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufbereitete Winkelposition (α_a) in dem Anpassungsschritt (102) für eine zwischen zwei Stützstellen (P) liegende gemessene Winkelposition (α_m) linear interpoliert wird.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the prepared angular position (α _a ) is linearly interpolated in the adaptation step (102) for a measured angular position (α _{m) lying between two interpolation points (P).}

Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsunsicherheit (F) einen Berechnungsfehler (ε) als Differenz zwischen der aufbereiteten Winkelposition (α_a) und der gemessenen Winkelposition (α_m) einschließt.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the calculation uncertainty (F) includes a calculation error (ε) as the difference between the processed angular position (α _a ) and the measured angular position (α _m ).

Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsunsicherheit (F) abhängig von einem Gradienten der gemessenen Winkelposition (α_m) istMethod (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the calculation uncertainty (F) is dependent on a gradient of the measured angular position (α _m )

Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Winkelposition (α_m) über eine atan2-Funktion abhängig von dem Sensorsignal berechnet wird.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the measured angular position (α _m ) is calculated via an atan2 function as a function of the sensor signal.

Sensoreinheit (12), aufweisend ein festgelegtes Sensorelement (28) und ein Drehelement (22), das gegenüber dem Sensorelement (28) um eine Drehachse und gemeinsam mit einem Drehbauteil (24) drehbar ist und eine Winkelposition (α) des Drehbauteils (24) durch ein Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche erfassbar ist.Sensor unit (12), comprising a fixed sensor element (28) and a rotary element (22) which is rotatable relative to the sensor element (28) about an axis of rotation and together with a rotary component (24) and an angular position (α) of the rotary component (24) can be detected by a method (100) according to one of the preceding claims.

Antriebseinheit (10) aufweisend ein Antriebselement (16) mit einem um eine Drehachse drehbaren Drehbauteil (24) und eine zur Erfassung einer Winkelposition (α) des Drehbauteils (24) angeordnete Sensoreinheit (12) nach Anspruch 9.Drive unit (10) comprising a drive element (16) with a rotary component (24) rotatable about an axis of rotation and a sensor unit (12) arranged to detect an angular position (α) of the rotary component (24) Claim 9 .