DE19859227C2 - Drehzahlerfassungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlerfassungsvorrichtung und genauer eine Drehzahlerfassungsvorrichtung, die Umdrehungen pro Minute (U/min) eines Fahrzeugelektromotors berechnet.

Die Druckschrift DE 37 09 395 A1 beschreibt eine Drehzahlerfassungsvorrichtung wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dargelegt. Insbesondere erfasst diese Drehzahlerfassungsvorrichtung zu einem Zeitpunkt t_n eine Winkelposition ϕ_n, und zu einem weiteren Zeitpunkt t_n+1 eine weitere Winkelposition ϕ_n+1. Diese beiden Winkelpositionswerte ϕ_n und ϕ_n+1 werden zur Berechnung einer Winkeldifferenz Δϕ = ϕ_n+1 - ϕ_n verwendet. Aus dieser (einzigen) Differenz und dem Interruptintervall Δt = t_n+1 - t_n wird die Drehzahl berechnet. Das heißt, dass gemäß dieser Druckschrift nur eine einzige Winkelpositionsdifferenz für die Drehzahlberechnung verwendet wird.

Die Druckschrift DE 38 21 938 A1 beschreibt eine Drehzahlerfassungsvorrichtung, bei der der Winkelgeber zwei um 90° phasenverschobene Signalspuren aufweist. Dadurch werden zwei Winkel- Zeitpaare gleichzeitig erfasst, und zur Berechnung der Drehzahl wird lediglich ein einziges Winkelpaar verwendet.

Die Druckschrift DE 43 20 108 A1 beschreibt eine Drehmelderanordnung mit digitalem Signalausgang, die Rotor- und Statorwicklungen, einen Transformator, einen Oszillator und einen Resolver/Digital-Wandler aufweist, wodurch der Drehmelder unmittelbar einen Winkelschrittgeber ersetzen kann.

Eine herkömmliche Drehzahlerfassungsvorrichtung weist einen Resolver, eine Umwandlungseinrichtung, eine Meßeinrichtung und eine Berechnungseinrichtung auf. Der Resolver ist an eine Ausgangswelle eines Elektromotors befestigt und gibt analoge Signale aus, bei denen es sich um Rotationswinkeldaten (Daten, die den Grad der Rotation in Bezug auf eine bekannte Grundlinie angeben) der Welle handelt. Die Umwandlungseinrichtung wandelt die analogen Signale in Winkelimpulssignale um. Das Winkelimpulssignal ist gleich (bzw. tritt auf an) einem gewissen Bruchteil einer Umdrehung. Beispielsweise ist das Winkelimpulssignal derart, daß ein Zyklus gleich einer Viertelumdrehung der Welle ist. Die Meßeinrichtung mißt jeden ausgegebenen Zyklus von dem Start eines Winkelimpulssignals bis zum Ende des Winkelimpulssignals. Die Berechnungseinrichtung berechnet die Drehzahl des Elektromotors anhand der Zyklusperiode.

Jedoch wird bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Erfassungsvorrichtung bei Verringerung der Drehzahl des Elektromotors die Meßperiode für jeden Zyklus länger. Daher erfordert die Berechnung der Drehzahl eine lange Zeit, wenn die Umdrehungen pro Minute (U/min) des Elektromotors gering sind.

Zusätzlich weist die Meßeinrichtung außerdem eine Zählimpulsquelle zum Messen der Zyklusperiode auf. Die Zählimpulsquelle gibt Zählimpulse zu regelmäßigen Intervallen aus. Die Ausgabe der Zählimpulse erfolgt ungeachtet der Winkelimpulssignale. Folglich ist die Genauigkeit der Meßzyklusperiode zwischen einer niedrigen Drehzahl und einer hohen Drehzahl nicht konstant.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Drehzahlerfassungsvorrichtung ohne die vorstehend beschriebenen Nachteile bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Drehzahlerfassungsvorrichtung gemäß dem beiliegenden Patentanspruch 1 gelöst.

Dabei weist die Drehzahlerfassungsvorrichtung einen Drehwinkelsensor, der digitale Signale ausgibt, bei denen es sich um Drehwinkeldaten eines Drehteils handelt, eine Winkelabweichungsberechnungseinrichtung zur Berechnung einer Winkelabweichung in bezug auf ein vorbestimmtes Zeitintervall, und eine Drehzahlberechnungseinrichtung zur Berechnung von Drehzahlen anhand der Winkelabweichung auf. Die Winkeländerungsberechnungseinrichtung speichert das digitale Signal zu vorbestimmten Zeitintervallen zwischen, berechnet jeweils eine Winkeländerung als Differenz zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden zwischengespeicherten digitalen Signalen und speichert die berechnete Differenz, und berechnet und speichert auf diese Weise aufeinanderfolgend eine Vielzahl von Differenzen. Die Drehzahlberechnungseinrichtung führt die Berechnung der Drehzahl auf der Grundlage der Vielzahl der Differenzen durch.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Drehzahlerfassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 eine Darstellung des Verhältnisses zwischen Winkelabweichungen (ΔA) und Umdrehungen pro Minute (N) gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Nachstehend ist eine Drehzahlerfassungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, erfaßt eine Drehzahlerfassungsvorrichtung 10 die Drehzahl eines Elektromotors M, der ein (nicht gezeigtes) Fahrzeugrad antreibt. Die Drehzahlerfassungsvorrichtung 10 weist einen Drehwinkelsensor 11, ein Gate-Array (G/A) 12, das eine Winkelabweichungsberechnungseinrichtung bildet, und eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 13 auf, die eine Drehzahlberechnungseinrichtung bildet. Der Drehwinkelsensor 11 weist einen herkömmlichen Resolver 11a und einen Resolver-Digital-Wandler (R/D-Wandler) 11b auf. Der R/D-Wandler 11b wandelt von dem Resolver 11a ausgegebene Analogsignale in 12-Bit-Digitalsignale um. Jede Umdrehung von 90° des Elektromotors M enthält Variablen, die (aufeinanderfolgend von Punkt zu Punkt) von 0 bis 4095 reichen, was die Basis für die Drehwinkeldaten A darstellt.

Das Gate-Array 12 speichert die durch den Drehwinkelsensor 11 ausgegebenen Drehwinkeldaten A bei Intervallen von 250 µs (Mikrosekunden) zwischen. Genauer weist das Gate-Array 12 Zwischenspeicherabschnitte (Latch-Abschnitte) 12a und 12b, einen Winkelabweichungs- Berechnungsabschnitt 12c und einen Puffer 12d auf. Das Gate-Array 12 speichert die gegenwärtigen Drehwinkeldaten A(n) in den Zwischenspeicherabschnitt 12a und die letzten Drehwinkeldaten A(n - 1) in dem Zwischenspeicherabschnitt 12b. Der Winkelabweichungs-Berechnungsabschnitt 12c berechnet den Betrag einer Winkelabweichung (Winkeländerung) ΔA. Die Winkelabweichung ΔA wird durch Subtrahieren der gegenwärtigen Drehwinkeldaten A(n) von den letzten Drehwinkeldaten A(n - 1) erhalten. Der Puffer 12d ist ein Vierschicht-Puffer derart, daß der Puffer vier Winkelabweichungen ΔA(n), ΔA(n - 1), ΔA(n - 2) und ΔA(n - 3) in dieser Reihenfolge hintereinander anordnet.

Ein Satz von vier Winkelabweichungen (Winkeländerungen) ΔA(n), ΔA(n - 1), ΔA(n - 2) und ΔA(n - 3) wird von dem Puffer 12d zu der CPU 13 zu Intervallen von 1 ms (Millisekunde) übertragen. Die CPU 13 berechnet die Gesamtsumme von sechzehn Winkelabweichungen ΔA(n) bis ΔA(n - 15) bei Intervallen von 4 ms (Millisekunden). Weiterhin berechnet die CPU 13 Umdrehungen pro Minute N (rpm) durch die nachfolgende Formel:

N = (Gesamtsumme der Winkelabweichungen/4096 × 4) × (60000/4)

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist wie in Fig. 2 gezeigt das Verhältnis zwischen der Winkelabweichung ΔA und den Umdrehungen pro Minute N direkt proportional.

Daher ist es möglich, die Umdrehungen pro Minute N schnell zu berechnen. Zusätzlich ist die Genauigkeit der Berechnung konstant, unabhängig davon, ob der Motor M bei einer niedrigen Drehzahl oder einer hohen Drehzahl betrieben wird.

Wie vorstehend beschrieben weist eine Drehzahlerfassungsvorrichtung 10 einen Drehwinkelsensor 11, der digitale Signale ausgibt, bei denen es sich um Drehwinkeldaten A eines Drehteils 11a handelt, eine Winkelabweichungsberechnungseinrichtung 12 zur Berechnung einer Winkelabweichung in bezug auf ein vorbestimmtes Zeitintervall, und eine Drehzahlberechnungseinrichtung 13 zur Berechnung von Drehzahlen anhand der Winkelabweichung auf.

Claims (1)

1. Drehzahlerfassungsvorrichtung mit
   einem Drehwinkelsensor (11), der digitale Signale ausgibt, bei denen es sich um Drehwinkeldaten (A) eines Drehteils (11a) handelt,
   einer Winkeländerungsberechnungseinrichtung (12) zur Berechnung einer Winkeländerung (ΔA) in Bezug auf ein vorbestimmtes Zeitintervall, und
   einer Drehzahlberechnungseinrichtung (13) zur Drehzahlberechnung anhand der Winkeländerung,
   dadurch gekennzeichnet, dass
   die Winkeländerungsberechnungseinrichtung (12) das digitale Signal zu vorbestimmten Zeitintervallen zwischenspeichert, jeweils eine Winkeländerung als Differenz (ΔA(n)) zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden zwischengespeicherten digitalen Signalen berechnet und die berechnete Differenz speichert, und auf diese Weise aufeinanderfolgend eine Vielzahl von Differenzen (ΔA(n), ΔA(n - 1), . . .) berechnet und speichert, und
   die Drehzahlberechnungseinrichtung (13) die Berechnung der Drehzahl (N) auf der Grundlage der Vielzahl der Differenzen durchführt.