WO2015193175A1 - Anordnung und verfahren zur sensorlosen positionsbestimmung einer antriebseinheit - Google Patents

Anordnung und verfahren zur sensorlosen positionsbestimmung einer antriebseinheit Download PDF

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WO2015193175A1
WO2015193175A1 PCT/EP2015/063095 EP2015063095W WO2015193175A1 WO 2015193175 A1 WO2015193175 A1 WO 2015193175A1 EP 2015063095 W EP2015063095 W EP 2015063095W WO 2015193175 A1 WO2015193175 A1 WO 2015193175A1
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WO
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voltage
drive unit
unit
signal
difference signal
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Application number
PCT/EP2015/063095
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Gruber
Josef Forster
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic Gmbh
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Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic Gmbh filed Critical Conti Temic Microelectronic Gmbh
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/0094—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors wherein the position is detected using the ripple of the current caused by the commutator

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for sensorless position determination of a drive unit, in particular a drive unit in an electric verse ⁇ tellsystem.
  • Adjustment systems have an immovable (static) element and a movable adjusting ⁇ element whose position relative to the immovable element by means of a drive unit adjustable, that is changeable. It is necessary that the position of the drive unit is known.
  • the position of the drive unit can be determined for example by means of sensors on the drive unit.
  • SLP Sensorless Positioning
  • a determined motor current or a motor voltage is digitally evaluated using a motor model and adaptive algorithms.
  • Special sensors for determining the position and their usually complex wiring are no longer necessary in the sensorless position determination.
  • the voltage must be measured as accurately as possible in order to then be able to determine the position accurately.
  • a method for sensorless position detection of a drive unit is known, for example, from DE 10 2008 027 720 A1.
  • the object of the present invention is to provide an arrangement and a method is available, which enabled with a minimum of components and thus as inexpensive as possible, the sensorless position determination of a drive unit ⁇ light.
  • An arrangement according to the invention comprises a drive unit with a first connection and a second connection, one
  • Differential amplifier unit having a first input terminal, a second input terminal and an output terminal, wherein the differential amplifier unit is adapted to at the first input terminal, a first voltage signal representing a measured at the first terminal of the drive unit first voltage, and at the second input terminal, a second voltage signal receiving a second voltage measured at the second terminal of the drive unit re ⁇ presents, and output a voltage difference signal, which represents the difference between the first and the second voltage.
  • the arrangement further comprises a filter unit which is adapted to receive thepalsdiffe ⁇ rence signal and rence signal to output a filtered voltage differences and a control unit or control ⁇ lerache which is adapted to the voltage difference signal to receive filtered tensioning ⁇ and a position of at ⁇ drive unit based on a model of the drive unit to determine.
  • the filtered voltage difference signal is an analog signal.
  • the controller unit may therefore include an analog-to-digital converter to convert the analog filtered voltage difference signal into a digital signal.
  • the position of the drive unit can be determined based on a model of the drive unit and taking into account the determined voltage of the drive unit.
  • the differential amplifier unit may be provided with a voltage as a relative zero point.
  • the voltage may also be a voltage measured in the device, which is not necessarily constant.
  • the filter unit may be designed to filter out disturbing high frequencies from the voltage difference signal.
  • the filter unit may comprise an analogue low-pass filter.
  • a first voltage signal which represents a first voltage measured at a first terminal of a drive unit
  • a second voltage signal which represents a second voltage measured at a second terminal of the drive unit.
  • a voltage difference signal representing the difference between the first and second voltages.
  • This voltage difference signal is filtered and a filtered voltage difference signal provided.
  • a position of the drive ⁇ unit can then be determined based on a model of the drive unit.
  • the voltage difference signal can be provided by a Differenzver ⁇ amplifier unit.
  • an offset voltage of the differential amplifier unit can be determined and this offset voltage taken into account in the determination of the position of the drive unit.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an arrangement for the sensorless determination of the position of a drive unit; in a block diagram, another arrangement for the sensorless determination of the position of a drive unit; and 3 shows a flowchart of a method for the sensorless determination of the position of a drive unit.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an arrangement for sensorless position determination.
  • a drive unit 3 is controlled via an H-bridge.
  • the H-bridge has a first half-bridge and a second half-bridge.
  • the first half-bridge comprises a first high-side switch 11 and a first low-side switch 21, which are connected in series between a connection for a positive potential V + and a connection for a negative potential V-.
  • the second half-bridge comprises a second high-side switch 12 and a second low-side switch 22, which are also connected in series between the positive potential terminal V + and the negative potential terminal V-.
  • the drive unit 3 has a first connection 31 and a second connection 32. Via the first terminal 31, the drive unit 3 is connected to a common circuit node of the first
  • the switches 11, 12, 21, 22 of the H-bridge may be formed as conventional electronic switches such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), JFETs (Junction Field Effect Transistor) ) or similar.
  • a first voltage of the drive unit 3 is measured at the first terminal 31.
  • a first voltage signal Sil which represents the first measured voltage, is amplified by means of a first amplifier 41 which is connected to the first terminal 31 of the drive unit 3.
  • the first amplifier 41 thus receives the first voltage signal Sil at an input and outputs a first amplified voltage signal S12 at its output.
  • a second voltage of the drive unit 3 is measured at the second terminal 32.
  • a second voltage signal S21, which represents the second measured voltage, is amplified by means of a second amplifier 42 which is connected to the second terminal 32 of the drive unit 3.
  • the second amplifier 42 thus receives the second voltage signal S21 at an input and outputs a second amplified clamping ⁇ voltage signal S22 at its output.
  • the two amplified voltage signals S12, S22 are then filtered using filter units 51, 52.
  • a first filter unit 51 filters the first amplified voltage signal S12 and a second filter unit 52 filters the second amplified voltage signal S22 so that a first filtered voltage signal S13 and a second filtered voltage signal S23 are provided at the outputs of the filter units 51, 52.
  • the filter units 51, 52 may be configured to high frequencies in the amplified voltage signals S12, S22 to filter out.
  • the filter units 51, 52 may include, for example, analog low-pass filters for this purpose.
  • the filtered voltage signals S13, S23 can then be further processed by a microcontroller 6 as a control unit or evaluation unit.
  • the microcontroller 6 may comprise, for example, a first analog-to-digital converter ADC1, which is designed to convert the first filtered voltage signal S13 into a first digital signal.
  • the microcontroller 6 may further include a second analog-to-digital converter ADC2, which is configured to convert the second filtered voltage signal S23 into a second digital signal.
  • the microcontroller 6 can then determine a position of the drive unit 3 based on a motor model including the digi ⁇ talarraen voltage signals.
  • the motor model can be stored, for example, in the microcontroller 6.
  • the engine model can be
  • a system of equations having multiple inputs (e.g., temperature, current, voltage) and at least one output (e.g., position) mathematically mimicking the behavior of the drive unit.
  • the two voltage signals Sil, S21 supply a differential amplifier unit 43.
  • the Dif ⁇ ferenz amplifier unit 43 is adapted to the difference of the two voltage signals Sil, S21 at their inputs request to provide and provide a voltage difference signal S14 at its output.
  • a relative zero point of the differential amplifier unit 43 can be formed, for example, by a constant voltage U x .
  • This constant voltage U x can be 5V.
  • the constant voltage U x can also assume any other value.
  • the relative zero point can be defined by any voltage U x measured in the arrangement, which is not necessarily constant.
  • a measured voltage U x may instead assume different values over time.
  • the voltage difference signal S14 is filtered at ⁇ closing by means of a filter unit 53 and provided as a filtered Spanungsdifferenzsignal S15 the microcontroller. 6
  • the filter unit 53 can in turn be formed from ⁇ filter out high frequencies in the voltage difference signal S14.
  • the filter unit 53 may comprise an analog low-pass filter.
  • Can ADC3 by means of an analog log-to-digital converter the analog filtered ⁇ clamping voltage difference signal S14 is converted into a digital signal.
  • the voltage measurement on the drive unit 3 can be falsified by an offset of the differential amplifier unit 43. If identical voltages are present at the inputs of differential amplifier unit 43, the difference between these voltages should ideally be OV. This is often not the case. Rather, in many cases, despite identical input voltages, a low voltage can be measured at the output of a differential amplifier unit 43. This so-called offset voltage results from the tolerances of the components required for the differential amplifier unit 43. In order to be able to take account of an offset of the differential amplifier unit 43, this can be measured when the differential amplifier unit 43 is in an idle state. The offset voltage may vary over the life of a differential amplifier unit 43. Therefore, a measurement of the offset voltage, for example, take place regularly at specific time intervals.
  • the measured values can then be stored and evaluated. If the offset voltage is observed regularly over a longer period of time, a deviation from a certain pattern can be judged, for example, in that the arrangement is not working properly. In safety-critical applications, the detection of a malfunctioning arrangement can be of considerable importance.
  • FIG. 3 shows in a flowchart a method for the sensorless determination of the position of a drive unit 3.
  • an offset voltage of the differential amplifier unit 43 can be determined. However, the determination of the offset voltage is optional, or a determination of the offset voltage can be made at any other time or at different times. Positioning, however, may yield more accurate results if the offset voltage is taken into account.
  • the voltages at the terminals 31, 32 of the drive unit 3 can be measured.
  • Voltage signals Sil, S21 which represent the measured voltages, may be provided to the differential amplifier unit 43 at their inputs.
  • the differential amplifier unit 43 determines a difference between the voltages measured at the drive unit 3 based on the signals Sil, S21.
  • the differential amplifier unit 43 can providing a voltage difference signal S14 ⁇ , which represents the difference between the two voltages.
  • a filter unit 53 can be filtered out at ⁇ closing interfering (high) frequencies from thepolsdif ⁇ conference signal S14.
  • the filtered voltage difference signal S15 provided by the filter unit 53 is an analog signal.
  • the analog filtered voltage difference signal is usually converted to ⁇ next in a digital signal. Subsequently, the microcontroller 6 based on a stored model of the drive unit 3 and taking into account the filtered
  • Voltage difference signal S15 determine the position of the drive unit 3.
  • ADC1 first analog-to-digital converter
  • ADC2 second analog-to-digital converter
  • ADC3 third analog-to-digital converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Offenbart ist eine Anordnung mit einer Antriebseinheit (3) mit einem ersten Anschluss (31) und einem zweiten Anschluss (32), einer Differenzverstärkereinheit (43) mit einem ersten Eingangsanschluss, einem zweiten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss, einer Filtereinheit (53) und einer Controllereinheit (6). Die Differenzverstärkereinheit misst dabei eine Spannung an dem ersten Anschluss der Antriebseinheit und eine Spannung an dem zweiten Anschluss der Antriebseinheit und gibt ein Spannungsdifferenzsignal (S14) aus, welches die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spannung repräsentiert. Die Filtereinheit empfängt das Spannungsdifferenzsignal und gibt ein gefiltertes Spannungsdifferenzsignal (S15) aus. Die Controllereinheit empfängt das gefilterte Spannungsdifferenzsignal und bestimmt eine Position der Antriebseinheit anhand eines Modells der Antriebseinheit.

Description

Beschreibung
Anordnung und Verfahren zur sensorlosen Positionsbestimmung einer Antriebseinheit
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur sensorlosen Positionsbestimmung einer Antriebseinheit, insbesondere einer Antriebseinheit in einem elektrischen Vers¬ tellsystem.
In Fahrzeugen spielt der Fahr- und Bedienkomfort eine immer wichtigere Rolle. So werden heutzutage unterschiedlichste Komfortelektroniken in einem Fahrzeug vorgesehen. Dies können beispielsweise elektrische Verstellsysteme wie Sitzverstel- lungen oder Fensterheber sein. Verstellsysteme haben ein unbewegliches (statisches) Element und ein bewegliches Stell¬ element, dessen Position gegenüber dem unbeweglichen Element mittels einer Antriebseinheit verstellbar, also veränderbar ist . Dabei ist es erforderlich, dass die Position der Antriebseinheit bekannt ist.
Die Position der Antriebseinheit kann beispielsweise mittels Sensoren an der Antriebseinheit bestimmt werden. Derartige Lösungen sind jedoch aufgrund der benötigten Sensoren nur aufwändig und kostenintensiv zu realisieren. Daher wurden Verfahren entwickelt, mittels derer die Position der Antriebseinheit ohne den Einsatz von Sensoren bestimmt werden kann (SLP: Sensorlose Positionsbestimmung, engl.: sensorless po- sitioning) . Hierbei wird ein ermittelter Motorstrom oder eine Motorspannung unter Verwendung eines Motormodells sowie adaptiver Algorithmen digital ausgewertet. Spezielle Sensoren für die Positionsbestimmung sowie deren meist aufwändige Verdrahtung sind bei der sensorlosen Positionsbestimmung nicht mehr nötig. Bei Anordnungen mit sensorloser Positionsbestimmung muss die Spannung jedoch möglichst genau gemessen werden, um die Position anschließend genau bestimmen zu können.
Ein Verfahren zur sensorlosen Positionserfassung einer An- triebseinheit ist beispielsweise aus der DE 10 2008 027 720 AI bekannt .
Bei den derzeit bekannten Verfahren zur sensorlosen Positionsbestimmung werden keine teuren Sensoren mehr benötigt, es werden jedoch zur genauen Spannungsmessung auch weiterhin verschiedenste Bauteile benötigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches unter Verwendung möglichst weniger Bauteile und somit möglichst kostengünstig die sensorlose Positionsbestimmung einer Antriebseinheit ermög¬ licht .
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen .
Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Antriebseinheit mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, eine
Differenzverstärkereinheit mit einem ersten Eingangsanschluss , einem zweiten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss , wobei die Differenzverstärkereinheit dazu ausgebildet ist, an dem ersten Eingangsanschluss ein erstes Spannungssignal, welches eine an dem ersten Anschluss der Antriebseinheit gemessene erste Spannung repräsentiert, und an dem zweiten Eingangsanschluss ein zweites Spannungssignal zu empfangen, welches eine an dem zweiten Anschluss der Antriebseinheit gemessene zweite Spannung re¬ präsentiert, und ein Spannungsdifferenzsignal auszugeben, welches die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spannung repräsentiert. Die Anordnung umfasst weiterhin eine Filtereinheit die dazu ausgebildet ist, das Spannungsdiffe¬ renzsignal zu empfangen und ein gefiltertes Spannungsdiffe- renzsignal auszugeben und eine Steuereinheit bzw. Control¬ lereinheit die dazu ausgebildet ist, das gefilterte Span¬ nungsdifferenzsignal zu empfangen und eine Position der An¬ triebseinheit anhand eines Modells der Antriebseinheit zu bestimmen .
Eine derartige Anordnung benötigt nur wenige einfache Bauteile, um eine Position der Antriebseinheit zu bestimmen, und ist somit kostengünstig und einfach zu realisieren. Das gefilterte Spannungsdifferenzsignal ist ein analoges Signal. Die Controllereinheit kann daher einen Analog-Digital-Wandler aufweisen, um das analoge gefilterte Spannungsdifferenzsignal in ein digitales Signal zu wandeln. Die Position der Antriebseinheit kann anhand eines Modells der Antriebseinheit und unter Berücksichtigung der ermittelten Spannung der Antriebseinheit bestimmt werden.
Der Differenzverstärkereinheit kann eine Spannung als relativer Nullpunkt bereitgestellt werden. Die Spannung kann jedoch auch eine in der Anordnung gemessene Spannung sein, welche nicht zwangsläufig konstant ist.
Die Filtereinheit kann dazu ausgebildet sein, störende hohe Frequenzen aus dem Spannungsdifferenzsignal herauszufiltern . Hierfür kann die Filtereinheit ein analoges Tiefpassfilter umfassen . Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erstes Spannungssignal, welches eine an einem ersten Anschluss einer Antriebseinheit gemessene erste Spannung repräsentiert, und ein zweites Spannungssignal bereitgestellt, welches eine an einem zweiten Anschluss der Antriebseinheit gemessene zweite Spannung repräsentiert. Es wird weiterhin ein Spannungsdifferenzsignal bereitgestellt, welches die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spannung repräsentiert. Dieses Spannungsdifferenzsignal wird gefiltert und ein gefiltertes Spannungsdifferenzsignal bereitgestellt. Unter Berücksichtigung des gefilterten Spannungsdifferenzsignals kann dann eine Position der Antriebs¬ einheit anhand eines Modells der Antriebseinheit bestimmt werden . Das Spannungsdifferenzsignal kann von einer Differenzver¬ stärkereinheit bereitgestellt werden. Um die Position der Antriebseinheit möglichst genau bestimmen zu können, kann eine Offset-Spannung der Differenzverstärkereinheit bestimmt und diese Offset-Spannung bei der Bestimmung der Position der Antriebseinheit mit berücksichtigt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt: in einem Blockdiagramm eine Anordnung zur sensorlosen Bestimmung der Position einer Antriebseinheit; in einem Blockdiagramm eine weitere Anordnung zur sensorlosen Bestimmung der Position einer Antriebseinheit; und Figur 3 in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zur sensorlosen Bestimmung der Position einer Antriebseinheit .
Elektrische Verstellsysteme in Fahrzeugen, wie beispielsweise elektrische Fensterheber, Sitzverstellungen oder elektrisch betriebene Fahrzeugtüren, weisen ein unbewegliches (statisches) Element und ein bewegliches Stellelement auf, dessen Position gegenüber dem unbeweglichen Element mittels einer Antriebseinheit verstellbar ist. In derartigen Verstellsystemen ist es heutzutage meist unerlässlich, die Position der Antriebseinheit zu erfassen. Die Position der Antriebseinheit kann bei¬ spielsweise mittels geeigneter Sensoren erfasst werden. Eine solche Lösung ist unter anderem aufgrund der benötigten Sensoren jedoch sehr kostenaufwändig . Daher werden meist sensorlose Anordnungen zur Positionsbestimmung bevorzugt.
In Figur 1 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung zur sensorlosen Positionsbestimmung dargestellt. Eine Antriebseinheit 3 wird dabei über eine H-Brücke angesteuert. Die H-Brücke weist eine erste Halbbrücke und eine zweite Halbbrücke auf. Die erste Halbbrücke umfasst einen ersten High-Side-Schalter 11 und einen ersten Low-Side-Schalter 21, welche in Reihe zwischen einen Anschluss für ein positives Potential V+ und einen Anschluss für ein negatives Potential V- geschaltet sind. Die zweite Halbbrücke umfasst einen zweiten High-Side-Schalter 12 und einen zweiten Low-Side-Schalter 22, welche ebenfalls in Reihe zwischen den Anschluss für ein positives Potential V+ und den Anschluss für ein negatives Potential V- geschaltet sind. Die Antriebseinheit 3 weist einen ersten Anschluss 31 und einen zweiten Anschluss 32 auf. Über den ersten Anschluss 31 ist die Antriebseinheit 3 mit einem gemeinsamen Schaltungsknoten des ersten
High-Side-Schalters 11 und des ersten Low-Side-Schalters 21 und über den zweiten Anschluss 32 ist die Antriebseinheit 3 mit einem gemeinsamen Schaltungsknoten des zweiten High-Side-Schalters 21 und des zweiten Low-Side-Schalters 22 verbunden. Die Schalter 11, 12, 21, 22 der H-Brücke können als herkömmliche elektronische Schalter ausgebildet sein, wie beispielsweise als MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) , IGBTs (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) , JFETs (Sperrschicht-Feldeffekttransistor) oder ähnlichem.
Eine erste Spannung der Antriebseinheit 3 wird an dem ersten Anschluss 31 gemessen. Ein erstes Spannungssignal Sil, welches die erste gemessene Spannung repräsentiert, wird mittels eines ersten Verstärkers 41 der mit dem ersten Anschluss 31 der Antriebseinheit 3 verbunden ist verstärkt. Der erste Verstärker 41 empfängt somit das erste Spannungssignal Sil an einem Eingang und gibt ein erstes verstärktes Spannungssignal S12 an seinem Ausgang aus. Eine zweite Spannung der Antriebseinheit 3 wird an dem zweiten Anschluss 32 gemessen. Ein zweites Spannungssignal S21, welches die zweite gemessene Spannung repräsentiert, wird mittels eines zweiten Verstärkers 42, der mit dem zweiten Anschluss 32 der Antriebseinheit 3 verbunden, ist verstärkt. Der zweite Verstärker 42 empfängt somit das zweite Spannungssignal S21 an einem Eingang und gibt ein zweites verstärktes Span¬ nungssignal S22 an seinem Ausgang aus. Die beiden verstärkten Spannungssignale S12, S22, werden anschließend unter Verwendung von Filtereinheiten 51, 52 gefiltert. Eine erste Filtereinheit 51 filtert dabei das erste verstärkte Spannungssignal S12 und eine zweite Filtereinheit 52 filtert das zweite verstärkte Spannungssignal S22, so dass an den Ausgängen der Filtereinheiten 51, 52 entsprechend ein erstes gefiltertes Spannungssignal S13 und ein zweites gefiltertes Spannungssignal S23 bereitgestellt werden .
Die Filtereinheiten 51, 52 können dazu ausgebildet sein, hohe Frequenzen in den verstärkten Spannungssignalen S12, S22 herauszufiltern . Die Filtereinheiten 51, 52 können hierfür beispielsweise analoge Tiefpassfilter umfassen. Die gefilterten Spannungssignale S13, S23 können dann von einem Mikrocontroller 6 als Steuereinheit bzw. Auswerteeinheit weiterverarbeitet werden. Der Mikrocontroller 6 kann beispielsweise einen ersten Analog-Digital-Wandler ADC1 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, das erste gefilterte Spannungssignal S13 in ein erstes digitales Signal zu wandeln. Der Mikrocontroller 6 kann weiterhin einen zweiten Analog-Digital-Wandler ADC2 aufweisen, der dazu aus- gebildet ist, das zweite gefilterte Spannungssignal S23 in ein zweites digitales Signal zu wandeln. Der Mikrocontroller 6 kann dann anhand eines Motormodells unter Einbeziehung der digi¬ talisierten Spannungssignale eine Position der Antriebseinheit 3 bestimmen. Das Motormodell kann beispielsweise in dem Mik- rocontroller 6 gespeichert sein. Das Motormodell kann ein
Gleichungssystem sein mit mehreren Eingangsgrößen (z.B. Temperatur, Strom, Spannung) und mindestens einer Ausgangsgröße (z.B. Position), welches mathematisch das Verhalten der Antriebseinheit nachbildet.
Um die Position der Antriebseinheit 3 anhand der Motorspannungen zu bestimmen sind bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung jedoch noch verschiedenste Komponenten erforderlich. Um die Anzahl der Komponenten und somit die Kosten einer derartigen Anordnung zur Spannungsmessung zu reduzieren, ist gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die an den beiden Anschlüssen 31, 32 der Antriebseinheit 3 gemessenen Spannungen nicht wie in der Anordnung in Figur 1 einzeln verstärkt und gefiltert werden. Vielmehr ist in der Anordnung in Figur 2 vorgesehen, die beiden Spannungssignale Sil, S21 einer Differenzverstärkereinheit 43 zuzuführen. Die Dif¬ ferenzverstärkereinheit 43 ist dazu ausgebildet, die Differenz der beiden Spannungssignale Sil, S21 die an ihren Eingängen anliegen zu verstärken und ein Spannungsdifferenzsignal S14 an ihrem Ausgang bereitzustellen.
Ein relativer Nullpunkt der Differenzverstärkereinheit 43 kann beispielsweise durch eine konstante Spannung Ux gebildet werden. Diese konstante Spannung Ux kann 5V betragen. Die konstante Spannung Ux kann jedoch auch jeglichen anderen Wert annehmen. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Spannung Ux konstant ist. Es ist beispielsweise auch möglich, dass der relative Nullpunkt durch eine beliebige in der Anordnung gemessene Spannung Ux definiert wird, welche nicht zwangsläufig konstant ist. Eine gemessene Spannung Ux kann vielmehr verschiedene Werte über der Zeit annehmen. Das Spannungsdifferenzsignal S14 wird an¬ schließend mittels einer Filtereinheit 53 gefiltert und als gefiltertes Spanungsdifferenzsignal S15 dem MikroController 6 bereitgestellt. Die Filtereinheit 53 kann wiederum dazu aus¬ gebildet sein, hohe Frequenzen in dem Spannungsdifferenzsignal S14 herauszufiltern . Hierfür kann die Filtereinheit 53 ein analoges Tiefpassfilter umfassen. Mittels eines Ana- log-Digital-Wandlers ADC3 kann das analoge gefilterte Span¬ nungsdifferenzsignal S14 in ein digitales Signal gewandelt werden .
Somit werden anders als bei anderen Lösungen für die Positi- onsbestimmung anhand von zwei Spannungssignalen Sil, S21 zwei Verstärker 41, 42, zwei Filter 51, 52 sowie zwei Ana- log-Digital-Wandler ADC1, ADC2 benötigt. Vielmehr werden nur eine Differenzverstärkereinheit 43 zur Erzeugung eines Span¬ nungsdifferenzsignals S14, eine Filtereinheit 53 zum Filtern des Spannungsdifferenzsignals S14 und ein Analog-Digital-Wandler ADC3 benötigt. Die Anzahl der für die Spannungsmessung benötigten Hardwarekomponenten kann somit halbiert werden. _
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Die Spannungsmessung an der Antriebseinheit 3 kann jedoch durch einen Offset der Differenzverstärkereinheit 43 verfälscht werden. Liegen an den Eingängen der Differenzverstärkereinheit 43 identische Spannungen an, sollte die Differenz zwischen diesen Spannungen im Idealfall OV betragen. Dies ist häufig jedoch nicht der Fall. Vielmehr kann in vielen Fällen trotz identischer Eingangsspannungen eine geringe Spannung am Ausgang einer Differenzverstärkereinheit 43 gemessen werden. Diese so genannte Offset-Spannung resultiert aus den Toleranzen der für die Differenzverstärkereinheit 43 benötigten Bauteile. Um einen Offset der Differenzverstärkereinheit 43 berücksichtigen zu können, kann dieser gemessen werden, wenn sich die Differenzverstärkereinheit 43 in einem Ruhezustand befindet. Die Offset-Spannung kann sich über der gesamten Lebensdauer einer Differenzverstärkereinheit 43 verändern . Daher kann eine Messung der Offset-Spannung beispielsweise regelmäßig in bestimmten Zeitabständen erfolgen. Die gemessenen Werte können dann abgespeichert und ausgewertet werden. Wird die Offset-Spannung über einen längeren Zeitraum regelmäßig beobachtet, kann eine Abweichung von einem bestimmten Muster beispielsweise dahingehend gewertet werden, dass die Anordnung nicht ordnungsgemäß arbeitet. In sicherheitskritischen Anwendungen kann das Erkennen einer nicht ordnungsgemäß arbeitenden Anordnung von erheblicher Bedeutung sein.
Figur 3 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zur sensorlosen Bestimmung der Position einer Antriebseinheit 3. Zunächst kann dabei eine Offset-Spannung der Differenzverstärkereinheit 43 bestimmt werden. Die Bestimmung der Off- set-Spannung ist dabei jedoch optional, bzw. kann eine Bestimmung der Offset-Spannung zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt oder auch zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgen. Die Positionsbestimmung kann jedoch genauere Ergebnisse erzielen, wenn die Offset-Spannung mit berücksichtigt wird. Anschließend können die Spannungen an den Anschlüssen 31, 32 der Antriebseinheit 3 gemessen werden. Spannungssignale Sil, S21, welche die gemessenen Spannungen repräsentieren, können der Differenzverstärkereinheit 43 an deren Eingängen bereitgestellt werden. Die Differenzverstärkereinheit 43 bestimmt anhand der Signale Sil, S21 eine Differenz zwischen den an der Antriebseinheit 3 gemessenen Spannungen. Die Differenzverstärkereinheit 43 kann ein Spannungsdifferenzsignal S14 bereit¬ stellen, welches die Differenz zwischen den beiden Spannungen repräsentiert. Mittels einer Filtereinheit 53 können an¬ schließend störende (hohe) Frequenzen aus dem Spannungsdif¬ ferenzsignal S14 herausgefiltert werden.
Das gefilterte Spannungsdifferenzsignal S15, welches von der Filtereinheit 53 bereitgestellt wird, ist ein analoges Signal. Zur Weiterverarbeitung durch einen MikroController 6, wird das analoge gefilterte Spannungsdifferenzsignal in der Regel zu¬ nächst in ein digitales Signal gewandelt. Anschließend kann der MikroController 6 anhand eines gespeicherten Modells der An- triebseinheit 3 und unter Berücksichtigung des gefilterten
Spannungsdifferenzsignals S15 die Position der Antriebseinheit 3 bestimmen.
Bezugs zeichenliste
11 erstes Schaltelement
12 zweites Schaltelement
21 drittes Schaltelement
22 viertes Schaltelement
3 Antriebseinheit
31 erster Anschluss der Antriebseinheit
32 zweiter Anschluss der Antriebseinheit
41 erste Verstärkereinheit
42 zweite Verstärkereinheit
43 DifferenzverStärkereinheit
51 erste Filtereinheit
52 zweite Filtereinheit
53 dritte Filtereinheit
6 MikroController
Sil erstes Spannungssignal
S12 erstes verstärktes Spannungssignal
S13 erstes gefiltertes Spannungssignal
S14 Spannungsdifferenzsignal
S15 gefiltertes Spannungsdifferenzsignal
S21 zweites Spannungssignal
S22 zweites verstärktes Spannungssignal
S23 zweites gefiltertes Spannungssignal
Ux Referenzspannung
ADC1 erster Analog-Digital-Wandler
ADC2 zweiter Analog-Digital-Wandler
ADC3 dritter Analog-Digital-Wandler
V+ Anschluss für ein positives Versorgungspotential
V- Anschluss für ein negatives Versorgungspotential

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung umfassend:
eine Antriebseinheit (3) mit einem ersten Anschluss (31) und einem zweiten Anschluss (32);
eine Differenzverstärkereinheit (43) mit einem ersten Eingangsanschluss , einem zweiten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss , wobei die Differenzverstärkereinheit (43) dazu ausgebildet ist,
an dem ersten Eingangsanschluss ein erstes Spannungssignal (Sil) zu empfangen, welches eine an dem ersten Anschluss (31) der Antriebseinheit (3) gemessene erste Spannung repräsen¬ tiert,
an dem zweiten Eingangsanschluss ein zweites Spannungssignal (S21) zu empfangen, welches eine an dem zweiten Anschluss
(32) der Antriebseinheit (3) gemessene zweite Spannung repräsentiert, und
ein Spannungsdifferenzsignal (S14) auszugeben, welches die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spannung repräsentiert;
eine Filtereinheit (53) die dazu ausgebildet ist, das Spannungsdifferenzsignal (S14) zu empfangen und ein gefiltertes Spannungsdifferenzsignal (S15) auszugeben; und
eine Controllereinheit (6) die dazu ausgebildet ist, das gefilterte Spannungsdifferenzsignal (S15) zu empfangen und eine Position der Antriebseinheit (3) anhand eines Modells der Antriebseinheit (3) zu bestimmen.
2. Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei das gefilterte Span- nungsdifferenzsignal (S15) ein analoges Signal ist und die
Controllereinheit (6) einen Analog-Digital-Wandler (ADC3) aufweist, der dazu ausgebildet ist, das analoge gefilterte Spannungsdifferenzsignal (S15) in ein digitales Signal zu wandeln .
3. Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Position der Antriebseinheit (3) anhand eines Modells der Antriebseinheit (3) bestimmt wird.
4. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Differenzverstärkereinheit (43) eine Spannung (Ux) als relativer Nullpunkt bereitgestellt wird.
5. Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei die Spannung (Ux) konstant ist.
6. Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei die Spannung (Ux) eine in der Anordnung gemessene Spannung repräsentiert.
7. Anordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Filtereinheit (53) dazu ausgebildet ist, hohe Frequenzen aus dem Spannungsdifferenzsignal (S14) herauszufiltern .
8. Anordnung gemäß Anspruch 7 , wobei die Filtereinheit (53) ein analoges Tiefpassfilter umfasst.
9. Verfahren umfassend:
Bereitstellen eines ersten Spannungssignals (Sil) , welches eine an einem ersten Anschluss (31) einer Antriebseinheit (3) gemessene erste Spannung repräsentiert;
Bereitstellen eines zweiten Spannungssignals (Sil), welches eine an einem zweiten Anschluss (32) der Antriebseinheit (3) gemessene zweite Spannung repräsentiert;
Bereitstellen eines Spannungsdifferenzsignals (S14), welches die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spannung repräsentiert;
Filtern des Spannungsdifferenzsignals (S14) und Bereit¬ stellen eines gefilterten Spannungsdifferenzsignals (S15) ; und Bestimmen einer Position der Antriebseinheit (3) anhand eines Modells der Antriebseinheit (3) unter Berücksichtigung des gefilterten Spannungsdifferenzsignals (S15) .
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Spannungsdiffe¬ renzsignal (S14) von einer Differenzverstärkereinheit (43) bereitgestellt wird und wobei das Verfahren weiterhin das Bestimmen einer Offset-Spannung der Differenzverstärkereinheit (43) umfasst.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Offset-Spannung bei der Bestimmung der Position der Antriebseinheit (3) berücksichtigt wird.
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