DE112017006412T5 - Hall-Effekt-Sensor-Signalversatzkorrektur in Phasenkommutierung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betätigen einer Achsantriebseinheitskupplung. Das Verfahren sieht einen über eine Kupplung gekoppelten Elektromotor vor. Der Elektromotor weist einen Stator, einen an den Stator gekoppelten ersten Hall-Effekt-Sensor, einen an den Stator gekoppelten zweiten Hall-Effekt-Sensor, einen an den Stator gekoppelten dritten Hall-Effekt-Sensor und einen mindestens ein magnetisches Polpaar aufweisenden Rotor auf. Das Verfahren sieht zudem eine in elektrischer Verbindung zum Elektromotor stehende Steuerung vor. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines idealen ersten Kommutierungspunkts sowie das Berechnen eines Versatzes einer ersten Hall-Effekt-Sensor-Zustandsänderung vom idealen ersten Kommutierungspunkt. Das Verfahren umfasst ferner das Berechnen einer Zeitverzögerung der Kommutierung während des Kupplungsübergangs zwischen einer Stellung, in der keine Drehmomentübertragung stattfindet und einer Stellung, in der Drehmomentübertragung stattfindet, wobei der erste Versatz so verwendet wird, dass eine zweiter Hall-Effekt-Sensor-Zustandsänderung mit einem idealen zweiten Kommutierungspunkt übereinstimmt.

Description

• HINTERGRUND
• Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Elektromotorkommutierung bei Kupplungsbetätigung. Herkömmliche bürstenlose Gleichstrommotoren („BLDC“) weisen typischerweise einen Stator mit elektromagnetischen Polen mit Wicklungen sowie einen Rotor, umfassend Permanentmagneten, die Permanentmagnet-Polpaare bilden, auf. Der Stator und der Rotor interagieren magnetisch miteinander, wenn der elektrische Strom in den Statorwicklungen fließt. Bei dem Strom, der durch jede der Statorwicklungen fließt, wird Phasenkommutierung durchgeführt, um ein dauerhaft rotierendes Magnetfeld zu erzeugen.
• Hall-Effekt-Sensoren in BLDC-Motoren werden typischerweise zum Erfassen von Magnetpolpositionen und zur Kommutierung des Motors anhand der Hall-Effekt-Sensorsignale verwendet. Da der BLDC-Motor eine Positionstoleranz der Hall-Effekt-Sensoren aufweisen kann, stimmt ein optimaler Kommutierungspunkt möglicherweise nicht mit dem von den Hall-Effekt-Sensoren signalisierten Kommutierungszustand überein. Das hier beschriebene Verfahren sorgt für eine konstantere BLDC-Motorleistung in Achsantriebseinheitskupplungen.
• ABRISS
• Die vorliegende Offenbarung sieht ein Verfahren zum Betätigen einer Kupplung einer Achsantriebseinheit vor. Das Verfahren umfasst das Vorsehen eines über eine Kupplung gekoppelten Elektromotors. Der Elektromotor weist einen Stator, einen an den Stator gekoppelten ersten Hall-Effekt-Sensor, einen an den Stator gekoppelten zweiten Hall-Effekt-Sensor, einen an den Stator gekoppelten dritten Hall-Effekt-Sensor und einen mindestens ein magnetisches Polpaar aufweisenden Rotor auf. Das Verfahren sieht zudem eine in elektrischer Verbindung zum Elektromotor stehende Steuerung vor. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines idealen ersten Kommutierungspunkts sowie das Berechnen eines Versatzes einer ersten Hall-Effekt-Sensor-Zustandsänderung vom idealen ersten Kommutierungspunkt. Das Verfahren umfasst ferner das Berechnen einer Kommutierungs-Zeitverzögerung während des Kupplungsübergangs zwischen einer Stellung, in der keine Drehmomentübertragung stattfindet und einer Stellung, in der Drehmomentübertragung stattfindet, wobei der erste Versatz so verwendet wird, dass eine zweiter Hall-Effekt-Sensor-Zustandsänderung mit einem idealen zweiten Kommutierungspunkt übereinstimmt.
• Figurenliste
• Die beigefügten Zeichnungen sind hier als Teil der Anmeldung enthalten. Die hier beschriebenen Zeichnungen stellen Ausführungen des vorliegend offenbarten Gegenstandes dar und erläutern ausgewählte Prinzipien und Lehren der vorliegenden Offenbarung. Die Zeichnungen veranschaulichen jedoch nicht alle mögliche Implementierungen des vorliegend offenbarten Gegenstandes und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
• 1 ist ein schematisches Diagramm eines BLDC-Motors entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 2 ist eine graphische Darstellung von Gegen-EMK-Wellenformen und Hall-Effekt-Sensorzustandsänderungen entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 3 ist eine graphische Darstellung von versetzten BLDC-Motorphasenänderungen gegenüber idealen BLDC-Motorphasenänderungen entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 4 veranschaulicht einen BLDC-Motor entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 5A ist eine graphische Darstellung von positivem Positionsversatz von Hall-Effekt-Sensoren entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 5B ist eine Tabelle mit Angaben zu Sektor und Sektorbreite;
• 6 ist eine graphische Darstellung von negativem Positionsversatz von Hall-Effekt-Sensoren entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 7 ist ein schematisches Diagramm eines BLDC-Motorstromkreises entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 8 ist eine graphische Darstellung von Gegen-EMK und Hall-Effekt-Sensorzustandsänderungen verglichen mit Gegen-EMK-Sektor, Hall-Effekt-Sensorzustand, Gegen-EMK-Nulldurchgang entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 9 ist eine graphische Darstellung des Vorverstellens tatsächlicher Hall-Effekt-Sensor-Zustandsänderungen verglichen mit idealen Zustandsänderungen gemäß einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 10 ist eine graphische Darstellung des Verzögerns tatsächlicher Hall-Effekt-Sensor-Zustandsänderungen verglichen mit idealen Zustandsänderungen gemäß einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 11 veranschaulicht Kombinationen positiver und negativer Hall-Effekt-Sensor-Zustandsänderungsversätze von idealen Kommutierungspunkten;
• 12 ist eine weitere graphische Darstellung von Gegen-EMK und Hall-Effekt-Sensorzustandsänderungen verglichen mit Gegen-EMK-Sektor, Hall-Effekt-Sensorzustand, Gegen-EMK-Nulldurchgang entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 13 ist eine weitere graphische Darstellung von Gegen-EMK und Hall-Effekt-Sensorzustandsänderungen verglichen mit Gegen-EMK-Sektor, Hall-Effekt-Sensorzustand, Gegen-EMK-Nulldurchgang entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 14 ist eine weitere graphische Darstellung von Gegen-EMK und Hall-Effekt-Sensorzustandsänderungen verglichen mit Gegen-EMK-Sektor, Hall-Effekt-Sensorzustand, Gegen-EMK-Nulldurchgang entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• 15 ist noch eine weitere graphische Darstellung von Gegen-EMK und Hall-Effekt-Sensorzustandsänderungen verglichen mit Gegen-EMK-Sektor, Hall-Effekt-Sensorzustand, Gegen-EMK-Nulldurchgang entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes; und 16 ist eine weitere graphische Darstellung von Gegen-EMK und Hall-Effekt-Sensorzustandsänderungen verglichen mit Gegen-EMK-Sektor, Hall-Effekt-Sensorzustand, Gegen-EMK-Nulldurchgang entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstandes;
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
• Es sei verstanden, dass die Erfindung verschiedene alternative Ausrichtungen und Schrittfolgen annehmen kann, außer wenn ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Man beachte außerdem, dass die konkreten Vorrichtungen, Baugruppen, Systeme und Prozesse, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und in der folgenden Beschreibung beschrieben werden, lediglich Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ideen sind, die hier definiert sind. Somit sind spezifische Abmessungen, Richtungen oder andere physikalische Eigenschaften, die sich auf offenbarte Ausführungsbeispiele beziehen, nicht als einschränkend anzusehen, es sei denn, es wird ausdrücklich Anderes ausgedrückt. Außerdem werden innerhalb dieses Abschnitts der Anmeldung ähnliche Elemente, auch wenn sie es nicht sind, in den verschiedenen hier beschriebenen Ausführungen einheitlich mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet.
• BLDC-Motoren werden in Anwendungen in vielen Industriezweigen verwendet, einschließlich der Automobilindustrie, Raumfahrtindustrie, industrieller Automatisierungseinrichtungen und instrumenteller Anwendungen. In einer Ausführungsform kann der hier offenbarte Gegenstand im Betrieb von Verbindungs-/Trennungssystemen in Allradfahrzeugen verwendet werden. Bezugnehmend auf 1A kann der hier offenbarte Gegenstand in einem Ausführungsbeispiel verwendet werden, um die Leistung einer Achsantriebseinheitskupplung, etwa Heckantriebseinheit-Kupplungspakets 10 in einem Fahrzeug 1, zu steigern.
• In einer Ausführung kann, wie in 1 veranschaulicht, die Heckantriebseinheitskupplung 10 einen BLDC-Motor 100 umfassen. Der BLDC-Motor 100 kann eine Dreiphasenkonfiguration verwenden. Hall-Effekt-Sensoren 102, 104, 106 sind in einem Stator 108 an einem Nicht-Antriebsende des BLDC-Motors 100 angeordnet. Der dreiphasige BLDC-Motor 100 enthält einen Rotor 110 mit einer Mehrzahl von Magnetpolen (z. B. zwei bis acht Polpaare). Der dreiphasige BLDC-Motor 100 weist sechs Kommutierungszustände auf (hier auch als Hallzustände bezeichnet). Wenn alle sechs Hallzustände in der Kommutierungssequenz durchgeführt wurden, wird die Sequenz wiederholt, um die Rotation des Rotors 110 fortzuführen. Die Anzahl magnetischer Polpaare bestimmt die Anzahl elektrischer Umdrehungen pro mechanischer Umdrehung des Rotors 110. In einem Ausführungsbeispiel, in welchem der BLDC-Motor 100 einen Rotor mit zwei Polpaaren aufweist, benötigt der BLDC-Motor 100 beispielsweise zwei elektrische Umdrehungen, um den Rotor einmal drehen zu lassen (d. h. zwei elektrische Umdrehungen erzeugen eine mechanische Umdrehung).
• Wenn die Magnetpole des Rotors 110 in die Nähe der Hall-Effekt-Sensoren 102, 104, 106 vorbei gelangen, geben die Hall-Effekt-Sensoren 102, 104, 106 ein hohes oder niedriges Signal (d. h. Impuls) aus, wodurch das Passieren des nördlichen oder südlichen Magnetpols angezeigt wird. Auf der Grundlage der drei Hall-Effekt-Sensoren 102, 104, 106 kann die genaue Sequenz der Kommutierung bestimmt werden. Ein Hallzustand wird durch eine vorher bestimmte Position oder durch einen kontinuierlichen Satz vorher bestimmter Positionen des Rotors 110 relativ zu einem oder mehrere der Hall-Effekt-Sensoren 102, 104, 106 definiert.
• Während des Betriebs des BLDC-Motors 100 leiten zwei von den drei Kommutierungsphasen Strom, während die dritte Phase einen Nullstrom hat, damit sich der Rotor 110 drehen kann. Die Nullstromphase kann auch als Totphase bezeichnet werden. Hallzustände können verwendet werden, um ein Eins-zu-Eins-Verhältnis zwischen Rotorphasen und der Richtung, in die die Spannung angepasst werden muss, herzustellen. Für dreiphasige BLDC-Motoren gibt es sechs mögliche Hallphasenkombinationen, die genau eine elektrische Umdrehung decken, daher beschränkt sich die Positionsauflösung unter Verwendung der dreiphasigen Hall-Effekt-Sensoren auf einen Sechstel einer elektrischen Umdrehung.
• Wie in 2 dargestellt wird gibt es einen ersten Punkt 200, an dem die ideale Phasenkommutierung stattfindet, und einen zweiten Punkt 202, an dem die Hall-Effekt-Sensoren 102, 104, 106 Phasenkommutierung signalisieren. 2 stellt die Zeitsteuerung zwischen dem Ausgang des Hall-Effekt-Sensors 102, 104, 106 und der Gegen-elektromotorischen Kraft („Gegen-EMK“) dar, die gegen den an den Statorwicklungen angelegten wirkt.
• Ein erster Schritt der Änderung der Hallzustände im optimalen Kommutierungspunkt enthält die Verwendung einer Steuerung 112 zum Erlernen des idealen Kommutierungspunkts und der Positionsversätze der Hall-Effekt-Sensoren 102, 104, 106. Zum Erlernen der Versätze während des aktiven Motorbetriebs wird bei dem beschriebenen Verfahren Gebrauch der Totphase während der Kommutierung gemacht. Wie in 2 und 3 dargestellt wird, werden die Hall-Effekt-Sensor-Versätze als Φ_A , Φ_B , Φ_C angezeigt. Die Hall-Effekt-Sensorversätze Φ_A , Φ_B , Φ_C beschreiben den Unterschied zwischen der Rotationsposition des Hall-Effekt-Sensor-Signalübergangspunkts 202 und dem idealen Phasenkommutierungspunkt 200.
• In der folgenden Beschreibung ist ein Drehen des BLDC-Motors 101 entgegen den Uhrzeigersinn - bei Draufsicht auf die Welle 101, wie in 4 dargestellt - ein positiver Positionsschritt, dementsprechend ist ein Drehen des BLDC-Motors 101 im Uhrzeigersinn ein negativer Positionsschritt.
• Das in 5A dargestellte Schaubild bildet die positiven Positionsversätze Φ_A , Φ_B , Φ_C des Hall-Effekt-Sensors 102, 104, 106 für ein Drehen des BLDC-Motors 101 gegen den Uhrzeigersinn ab und vergleicht die ideale Phasenkommutierung gegen die tatsächliche Phasenkommutierung. Die Tabelle in 5B identifiziert den Sektor und die Sektorbreite.
• Das in 6 dargestellte Schaubild bildet die negative Position Φ_A , Φ_B , Φ_C des Hall-Effekt-Sensors 102, 104, 106 für ein Drehen des BLDC-Motors 101 im Uhrzeigersinn ab und vergleicht die ideale Phasenkommutierung gegen die tatsächliche Phasenkommutierung. Die in 5B gezeigte Tabelle identifiziert ebenfalls den Sektor und die Sektorbreite entsprechend der 6.
• Gemäß dem Vorstehenden kann der Hallzustand folgendermaßen ausgedrückt werden: $$\text{Hall\_state}=\text{Hall1}+2*\text{Hall2}+4*\text{Hall3}$$

  
• Wobei Hall1 gleich dem Zustand des Hall-Effekt-Sensors 102 ist, Hall2 gleich dem Zustand des Hall-Effekt-Sensors 104 ist und Hall3 gleich dem Zustand des Hall-Effekt-Sensors 106 ist. Der Zustand eines jeden Hall-Effekt-Sensors 102, 104.106 ist entweder 0 oder 1. Der Ausdruck ermöglicht das Angeben des kombinierten Status der drei Hall-Effekt-Sensoren 102, 104, 106 als eine Zahl zwischen 1 und 6.
• In einen Ausführungsbeispiel kann das Berechnen der Hall-Effekt-Sensorversätze Φ_A , Φ_B , Φ_C durchgeführt werden, wenn das Kupplungspaket (nicht abgebildet) der Heckantriebseinheitskupplung 10 zwischen einem vollständig geöffneten Zustand und dem Berührungspunkt (Kiss Point) der Kupplungsplatten ist. Der Berührungspunkt der Kupplungsplatten ist der Punkt, an dem das Kupplungspaket anfängt, Drehmoment zu übertragen. In dieser Phase des Betriebs der Heckantriebseinheitskupplung 10 ist der BLDC-Motor 100 einer geringen Drehzahl und einer hohen Last ausgesetzt. Die hohe Drehzahl des BLDC-Motors 100 produziert mehr Gegen-EMK als eine niedrige Drehzahl des BLDC-Motors 100, wodurch eine zuverlässigere Berechnung der Hall-Effekt-Sensorversätze Φ_A , Φ_B , Φ_C erfolgt, da der Einfluss von Signalrauschen reduziert ist.
• Der erste Schritt bei der Berechnung der Hall-Effekt-Sensorversätze Φ_A , Φ_B , Φ_C kann durch Berechnen der Gegen-EMK-Nulldurchgangszeiten aus drei gemessenen Phasenspannungen V_a, V_b, and V_c erreicht werden. In einer Ausführung kann, wie in 7 veranschaulicht, die Gegen-EMK ‚e‘ für die Totphase ‚c‘ berechnet werden. In diesem Beispiel ist die Phase ‚c‘ aktuell die Totphase, während Phase ‚a‘ und Phase ‚b‘ die aktiven Phasen in dieser Phasenkombination sind. Die Gegen-EMK ‚e‘ kann unter Verwendung folgender Ausdrücke berechnet werden: $${\text{e}}_{\text{c}}=\text{Vc}-\left[\left({\text{V}}_{\text{a}}+{\text{V}}_{\text{b}}\right)/2\right]$$

  

  $${\text{V}}_{\text{n}}={\text{V}}_{\text{a}}-\text{RI}-\text{L}\left(\text{dl/dt}\right)-{\text{e}}_{\text{a}}$$

  

  $${\text{V}}_{\text{n}}={\text{V}}_{\text{b}}+\text{RI}+\text{L}\left(\text{dl/dt}\right)-{\text{e}}_{\text{b}}$$

  

  $${\text{e}}_{\text{a}}+{\text{e}}_{\text{b}}+{\text{e}}_{\text{c}}=0$$

  
• Durch Abfragen der Phasenspannungen V_a, V_b , and V_c am Ende der Ein- oder Aus-phase eines Hall-Effekt-Sensors 102, 104, 106 können die Auswirkungen von Rückkopplung/Rauschen reduziert werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der Abfragepunkt der drei Phasenspannungen V_a, V_b , und V_c nach 50% Ein-Phase erfolgen. In einem Ausführungsbeispiel können die Phasenspannungen V_a, V_b , und V_c dreißig Mal abgefragt werden, um bei jeder abgefragten Zeit die Gegen-EMK zu bestimmen.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Gegen-EMK-Nulldurchgang unter Verwendung einer Ein-Phasenspannung V_c und einer Zwischenkreisspannung V_dc an einer Motor/Generator-Ein-Phasenabfrage berechnet werden, folgendermaßen ausgedrückt: $$\text{Motor/Generator}-\text{Ein}-{\text{Phasenabfrage: e}}_{\text{c}}=\left(2/3\right){\text{V}}_{\text{c}}-\left({\text{V}}_{\text{dc}}/3\right)$$

  

  $$\text{Motor/Generator}-\text{Aus}-{\text{Phasenabfrage: e}}_{\text{c}}=\left(2/3\right){\text{V}}_{\text{c}}$$

  
• Wie in den 8 und 12-16 dargestellt wird die Gegen-EMK im zeitlichen Verlauf als Diagramm 204 gezeigt. Der Hall-Effekt-Sensorversatz Φ_A , Φ_B , Φ_C kann unter Verwendung des Gegen-EMK-Diagramms 204 berechnet werden. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der ideale Kommutierungspunkt 200, 200A, 200B, 200C, 200D, 200E gleichzeitig dreißig Grad zwischen jedem aufeinanderfolgenden Gegen-EMK-Nulldurchgang. Der ideale Kommutierungspunkt kann sich jedoch an einem anderen vorbestimmten Zeitpunkt befinden, wenn andere Leistungsziele, etwa eine höhere Drehzahl oder verminderte Noise, Vibration, Harshness (NVH, „Geräusch, Vibration, Rauhigkeit“) erwünscht sind. Due idealen Kommutierungspunkte lassen sich basierend auf den gemessenen Phasenspannungssignalen zu induzierter Gegen-EMK des Motors ableiten. Wie in folgendem Ausdruck angezeigt kann der Hall-Effekt-Sensorversatz Φ_A , durch Subtrahieren des Zeitwerts bei t₂₃ vom Zeitwert bei t_-3 , Multiplizieren des erhaltenen Zeitwerts mit der Drehzahl des BLDC-Motors 100 und Subtrahieren von 30 von diesem Wert berechnet werden. $${\mathrm{\Phi }}_{\text{A}}=\left({\text{t}}_3-{\text{t}}_{23}\right)*{\text{BLDC}}_{\text{speed}}-30$$

  
• Der Hall-Effekt-Sensorversatz Φ_A kann auch durch Subtrahieren eines Zeitwerts t₂ vom Zeitwert bei t₂₃ , Multiplizieren des erhaltenen Werts mit der Drehzahl des BLDC-Motors 100 und Subtrahieren des erhaltenen Werts von 30 berechnet werden. $${\mathrm{\Phi }}_{\text{A}}=30-\left({\text{t}}_{23}{}^{-}{\text{t}}_2\right)/{\text{BLDC}}_{\text{speed}}$$

  
• Wobei in beiden Ausdrücken t₂ ein Zeitwert ist, an dem das Gegen-EMK-Diagramm 204 einen Wert von null hat, t_₃ ein weiterer Wert ist, an dem das Gegen-EMK-Diagramm 204 einen Wert von null hat, t₂₃ ein Zeitwert ist, an dem der kombinierte Hallzustand von 2 auf 3 wechselt; und 30 der Drehwinkel zwischen t_-3 und dem idealen Kommutierungspunkt 200 sowie zwischen t₂ und dem idealen Kommutierungspunkt 200 ist. Die Hall-Effekt-Sensorversätze Φ_B , Φ_C werden ähnlich berechnet.
• Der ideale Kommutierungspunkt 200 bezieht sich auf die Position der Gegen-EMK-Nulldurchgänge und befindet sich an einem vorherbestimmten Drehwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gegen-EMK-Nulldurchgängen. In einem Ausführungsbeispiel befindet sich der ideale Kommutierungspunkt dreißig Grad zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gegen-EMK-Nulldurchgängen. Bei dem hier beschriebenen Verfahren werden die Signale des Hall-Effekt-Sensors 102, 104, 106 in Übereinstimmung mit den Gegen-EMK-Nulldurchgängen gebracht, um die Leistung des BLDC-Motors 100 und der Heckantriebseinheitskupplung 10 zu steigern. Die Differenz zwischen dem idealen Kommutierungspunkt 200 und den Hall-Effekt-Sensorsignalen sind die Hall-Effekt-Sensorversätze Φ_A , Φ_B , Φ_C .
• Ein zweiter Schritt beim Bestimmen der Hallzustände am optimalen Kommutierungspunkt umfasst das Bestimmen des Zeitwerts zum Verzögern von Kommutierung unter Verwendung der Hall-Effekt-Sensorversätze Φ_A , Φ_B , Φ_C. Wenn der Hall-Effekt-Sensorversätze Φ_A , Φ_B , Φ_C einen Negativwert umfassen, wird bei Rotation gegen den Uhrzeigersinn die Kommutierung vorverstellt (d. h. Klemmen des Heckantriebseinheit-Kupplungspakets). Wenn der Hall-Effekt-Sensorversätze Φ_A , Φ_B , Φ_C einen Positivwert umfassen, wird bei Rotation gegen den Uhrzeigersinn die Kommutierung verzögert (d. h. Übergang von einem Heckantriebseinheit-Kupplungspaket von einer Stellung, in der keine Drehmomentübertragung stattfindet in eine Stellung, in der Drehmomentübertragung stattfindet). Bezugnehmend auf 9 kann die Rechnung zum Bestimmen der Verzögerungszeit der Kommutierung bei negativem Φ_B und negativem Φ_A folgendermaßen ausgedrückt werden: $${\text{T}}_{\text{commut\_2}}={\text{T}}_{\text{hallchange\_1}}+\left(60-\left|{\mathrm{\Phi }}_{\text{A}}\right|\right)/{\text{BLDC}}_{\text{speed}}$$

  
• Die Rechnung zum Bestimmen der Verzögerungszeit der Kommutierung bei negativem Φ_B und positivem Φ_A folgendermaßen ausgedrückt werden: $${\text{T}}_{\text{commut\_2}}={\text{T}}_{\text{hallchange\_1}}+\left(60+\left|{\mathrm{\Phi }}_{\text{A}}\right|\right)/{\text{BLDC}}_{\text{speed}}$$

  
• Wobei T_{commut_2} die Zeitverzögerung der Kommutierung für den Hall-Effekt-Sensor 104 ist; T_{hallchange_1} die Zeit der Zustandsänderung für den Hall-Effekt-Sensor 102 ist; 60 der Drehwinkel in einem Hallzustand ist, Φ_A der Versatz des Hall-Effekt-Sensors 102 ist; und BLDC_speed die Rotationsgeschwindigkeit des BLDC-Motors 100 ist.
• Bezugnehmend auf 10 kann die Rechnung zum Bestimmen der Verzögerungszeit der Kommutierung bei positivem Φ_A und negativem Φ_B folgendermaßen ausgedrückt werden: $$\text{Tcommut\_1}=\text{Thallchange\_1}+\left({\mathrm{\Phi }}_{\text{A}}/\text{BLDCspeed}\right)$$

  
• Wenn wie in 11 dargestellt Φ_B negativ ist, wird die Kommutierung vorverstellt. Daher wird das Signal des Hall-Effekt-Sensors 102 verwendet um vorherzusagen, wann die ideale Kommutierung stattfindet. Um vorherzusagen, wo die ideale Kommutierung stattfindet wird die Länge Φ_A zur idealen Hallzustandslänge (d. h. 60 Grad) addiert. Wie in 12-16 dargestellt können die Versätze Φ_B und Φ_C unter Verwendung desselben Verfahrens wie zur Bestimmung von Φ_A bestimmt werden.
• Zu den mit dem oben beschriebenen Verfahren und der Struktur einhergehenden Vorteilen zählen eine gute Dynamik und Leistung bei geringen Geschwindigkeiten im Vergleich zu direkten Gegen-EMK-Verfahren, beschränken sich jedoch nicht hierauf. Zudem ist das oben beschriebene Verfahren und die Struktur weniger rauschempfindlich im Vergleich zu bekannten Konstruktionen, wodurch sie zuverlässiger und weniger anfälliger für fehlerhaftes Auslesen sind. Ein weiterer erheblicher Vorteil besteht darin, dass Versätze Φ_A , Φ_B , Φ_C des Hall-Effekt-Sensors innerhalb der Heckantriebseinheit 10 gelernt werden. Dadurch wird keine separate End-Of-Line-Kalibrierung benötigt. Das vorliegende System erfordert drei Spannungssensoren (nicht dargestellt) an der Steuerung 112. Idealerweise verwendet das System bereits vorhandene Spannungssensoren. Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Systems versteht darin, dass der BLDC-Motor 100 auf zur Reparatur und/oder Ersatz auf einfache Weise ausgetauscht werden kann, ohne dass aufwendige, komplizierte, zeitraubende und/oder teure Verfahren vonnöten sind.
• Obgleich verschiedene Ausführungsbeispiele des vorliegend offenbarten Gegenstandes oben beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass diese beispielhalber und nicht als Einschränkung aufgeführt wurden. Dem Fachmann liegt nahe dass der offenbarte Gegenstand auf andere Art ausgeführt werden kann, ohne vom Gedanken oder wesentlicher Merkmale davon abzuweichen. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend anzusehen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben einer Kupplung einer Achsantriebseinheit, umfassend: Bereitstellen eines Elektromotors, der mit einer Kupplung gekoppelt ist, wobei der Elektromotor umfasst: einen Stator; einen ersten Hall-Effekt-Sensor, der mit dem Stator gekoppelt ist; einen zweiten Hall-Effekt-Sensor, der mit dem Stator gekoppelt ist; einen dritten Hall-Effekt-Sensor, der mit dem Stator gekoppelt ist; und einen Rotor mit mindestens einem Magnetpolpaar; Bereitstellen einer Steuerung in elektrischer Kommunikation mit dem Elektromotor; Bestimmen eines ersten idealen Kommutierungspunktes; Berechnen eines ersten Versatzes einer ersten Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung aus dem idealen Kommutierungspunkt; und Berechnen einer Zeitverzögerung der Kommutierung unter Verwendung des ersten Versatzes derart, dass eine zweite Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung mit einem zweiten idealen Kommutierungspunkt korrespondiert; wobei die Kupplung zwischen einer nicht-drehmomentübertragenden Position und einer drehmomentübertragenden Position wechselt.
2. Das Verfahren zum Betreiben einer Achsantriebskupplung nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen eines idealen Kommutierungspunkts umfasst: Berechnen von zwei aufeinanderfolgenden Gegen-EMK-Nulldurchgangszeiten aus drei gemessenen Phasenspannungen; und Bestimmen der Zeit eine vorbestimmte Anzahl von Graden zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Gegen-EMK-Nulldurchgangszeiten.
3. Das Verfahren zum Betreiben einer Achsantriebskupplung nach Anspruch 2, wobei die Gegen-EMK unter Verwendung von drei gemessenen Phasenspannungen am Ende der ersten Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung eine vorbestimmte Anzahl von Malen berechnet wird.
4. Das Verfahren zum Betreiben einer Achsantriebskupplung nach Anspruch 2, wobei die Gegen-EMK unter Verwendung einer gemessenen Phasenspannung und einer Gleichspannungszwischenkreisspannung am Ende des Zustands des ersten Hall-Effekt-Sensors eine vorbestimmte Anzahl von Malen berechnet wird.
5. Das Verfahren zum Betreiben einer Achsantriebskupplung nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Anzahl von Graden zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgangszeiten der Gegen-EMK dreißig Grad beträgt.
6. Das Verfahren zum Betreiben einer Achsantriebskupplung nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des ersten Versatzes umfasst: Berechnen einer Differenz durch Subtrahieren einer Zeit der ersten Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung von einer Zeit des zweiten aufeinanderfolgenden Gegen-EMK-Nulldurchgangs; Berechnen eines Produkts durch Multiplizieren der Differenz mit einer Drehzahl eines Ausgangs des Elektromotors; und Subtrahieren von dreißig Rotationsgraden von dem Produkt.
7. Das Verfahren zum Betreiben einer Achsantriebskupplung nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des ersten Versatzes umfasst: Berechnen einer Differenz durch Subtrahieren einer Zeit des ersten aufeinanderfolgenden Gegen-EMK-Nulldurchgangs von der ersten Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung; Berechnen eines Produkts durch Multiplizieren der Differenz mit einer Drehzahl eines Ausgangs des Elektromotors; und Subtrahieren des Produkts von dreißig Rotationsgraden.
8. Das Verfahren zum Betreiben einer Achsantriebskupplung nach Anspruch 1, wobei das Berechnen einer Zeitverzögerung der Kommutierung umfasst: Bestimmen, dass der erste Versatz einen negativen Wert hat; Bestimmen, dass ein zweiter Versatz einen negativen Wert hat; Berechnen einer Differenz durch Subtrahieren eines Absolutwerts des ersten Versatzes von sechzig Rotationsgraden; Berechnen eines Quotienten durch Teilen der Differenz durch die Drehzahl eines Ausgangs des Elektromotors; und Addieren des Quotienten zu der Zeit der ersten Zustandsänderung des Hall-Effekt-Sensors.
9. Das Verfahren zum Betreiben einer Achsantriebskupplung nach Anspruch 1, wobei das Berechnen einer Zeitverzögerung der Kommutierung umfasst: Bestimmen, dass der erste Versatz einen positiven Wert hat; Bestimmen, dass ein zweiter Versatz einen negativen Wert hat; Berechnen einer Summe durch Addieren des ersten Versatzes zu sechzig Rotationsgraden; Berechnen eines Quotienten durch Teilen der Summe durch die Drehzahl eines Aus-gangs des Elektromotors; und Addieren des Quotienten zu der Zeit der ersten Zustandsänderung des Hall-Effekt-Sensors.
10. Das Verfahren zum Betreiben einer Achsantriebskupplung nach Anspruch 1, wobei das Berechnen einer Zeitverzögerung der Kommutierung umfasst: Bestimmen, dass der erste Versatz einen positiven Wert hat; Bestimmen, dass ein zweiter Versatz einen positiven Wert hat; Berechnen eines Quotienten durch Teilen des ersten Versatzes durch die Drehzahl Ausgangs des Elektromotors; und Addieren des Quotienten zu der Zeit der ersten Zustandsänderung des Hall-Effekt-Sensors.
11. Verfahren zum Betreiben einer Kupplung einer Achsantriebseinheit, umfassend: Bereitstellen eines Elektromotors, der mit einer Kupplung gekoppelt ist, wobei der Elektromotor umfasst: einen Stator; einen ersten Hall-Effekt-Sensor, der mit dem Stator gekoppelt ist; einen zweiten Hall-Effekt-Sensor, der mit dem Stator gekoppelt ist; einen dritten Hall-Effekt-Sensor, der mit dem Stator gekoppelt ist; und einen Rotor mit mindestens einem Magnetpolpaar; Bereitstellen einer Steuerung in elektrischer Kommunikation mit dem Elektromotor; Bestimmen eines ersten idealen Kommutierungspunktes; Berechnen eines ersten Versatzes einer ersten Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung aus dem idealen Kommutierungspunkt; Berechnen einer ersten Zeitverzögerung der Kommutierung unter Verwendung des ersten Versatzes derart, dass eine zweite Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung mit einem zweiten idealen Kommutierungspunkt korrespondiert; Bestimmen eines zweiten idealen Kommutierungspunktes; Berechnen eines zweiten Versatzes einer zweiten Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung aus dem zweiten idealen Kommutierungspunkt; Berechnen einer zweiten Zeitverzögerung der Kommutierung unter Verwendung des zweiten Versatzes derart, dass eine zweite Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung mit einem zweiten idealen Kommutierungspunkt korrespondiert; Bestimmen eines dritten idealen Kommutierungspunktes; Berechnen eines dritten Versatzes einer dritten Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung aus dem dritten idealen Kommutierungspunkt; und Berechnen einer dritten Zeitverzögerung der Kommutierung unter Verwendung des dritten Versatzes derart, dass eine dritte Hall-Effekt-Sensorzustandsänderung mit einem zweiten idealen Kommutierungspunkt korrespondiert; wobei die Kupplung zwischen einer nicht drehmomentübertragenden Position und einer drehmomentübertragenden Position wechselt.

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