Messkette Laengsgeschwindigkeit
Autor: Sven Posner
Betreuer: Prof. Schneider
Einleitung
Dieser Artikel beschreibt die Messkette zur Bestimmung der Längsgeschwindigkeit des Carolo Cup Fahrzeugs. In dem Fahrzeug ist ein Hallsensor am Antriebmotor verbaut, um die Aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit zu ermitteln. Der eingesetzte Motor LRP Vector X12 StockSpec 17.5T besitzt insgesamt drei Hall-Sensoren, die in einer Kombination verschaltet sind. Die Hallsensorik des Motors besteht aus drei um jeweils 120° (2/3 π) phasenverschobene Hallsensoren, die Rechtecksignale erzeugen, die jeweils für eine halbe Motorumdrehung anliegen. Pro Motorumdrehung gibt es also insgesamt sechs Flankenwechsel und anhand der Zustandsänderung ist die Drehrichtung bestimmbar. Zwischen zwei Flankenwechsel dreht sich der Motor um den Winkel λ = 60° = 1/3 π. In der Abbildung rechts wird dieser Zusammenhang visualisiert. Dabei wird deutlich, dass es insgesamt sechs gültige Signal–Pegel–Kombinationen, also sechs Zustände gibt. Bevor die spezifische Sensorik im Detail erläutert wird, erfolgt die Beschreibung des Sensorprinzips.
Messkette - Online
In Abbildung 1 ist die Messkette des Hallsensors abgebildet. Diese teilt sich in die Teilbereiche Hallsensor und DS1104 auf. In dem Sensor wird die Mechanische Umdrehung mittels Permanentmagnet und Hallsensoren in elektrische Impulse umgewandelt. Das Signal wird verstärkt und über einen Schmitt-Trigger in eine Frequenz umgewandelt. Die Auswertung erfolgt in der dSpace-Karte DS1104. Dort wird die Drehrichtung und Geschwindigkeit bestimmt. Die einzelnen Punkte in der Messkette sind also:
- Im Sensormodul:
- Hallsensoren A, B und C
- Verstärker
- Schmitt-Trigger
- In der Auswerte-Platine DS1104:
- Umwandlung des Datentyps
- Richtungsbestimmung
- Geschwindigkeitsberechnung mi Hilfe der Zeitdifferenz
Messkette - Offline
Die Messkette des CCF-offline Modells ist eine einfache Weitergabe der vorher eingestellten Geschwindigkeit.
Im Sensor
An der Motorwelle ist ein Permanentmagnet befestigt der durch die drei Hallsensoren detektiert wird. Pro Motorumdrehung gibt es also insgesamt sechs Flankenwechsel und anhand der Zustandsänderung ist die Drehrichtung bestimmbar. Zwischen zwei Flankenwechseln dreht sich der Motor um den Winkel λ = 60° = 1/3 π. Das Signal der Hallsensoren wird dann Intern an einen Verstärker weiter geben und mit einem Schmitt-Trigger diskretisiert. In Abbildung 2 Sind die Signale des Sensors nach dieser Aufbereitung zusehen.
DS1104
Die Auswertung der Signale erfolgt in dem online Modell in dem Funktionsblock Sen-Geschwindigkeit. Softwareseitig in der DS1104-Krate wird aus der Reihenfolge der Signale A, B und C die Bewegungsrichtung der Signale Bestimmt. Mit Hilfe der Bewegungsrichtung und und den Zeitunterschieden in zwischen den Signalen kann die Umdrehungsgeschwindigkeit bestimmt werden.
Fehlerquellen
Fehler in der Messkette können sowohl bei der Messung mit dem Sensor selber entstehen, als auch hinterher bei der Weiterverarbeitung durch die DS1104-Karte.
Bei der Messung im Sensor können Messfehler durch Vibrationen, eine nicht exakte Positionierung der Sensoren oder durch äußere Störmagnetfelder entstehen. Bei der Umwandlung von Datentypen oder Durch Fehler in der Umrechnung sind zusätzlich Fehler in bei der Weiterverarbeitung der Daten möglich.