CN108702127A - 利用自由轮与内燃机耦连的电机的减速扭矩的确定 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定利用自由轮(111)与内燃机(112)耦连的电机(114)的减速扭矩(M)的方法，包括以下步骤：检测电机(114)的转速(n_Gen)的时间曲线；确定电机(114)的具有空载阶段(Ph_Fl)的运行状态；通过评估在空载状态(Ph_Fl)下电机(114)的转速(n_Gen)的时间变化来确定电机的减速扭矩(M_Gen)。此外，本发明还涉及一种相应的适于执行该方法的运算单元(118)以及一种相应的计算机程序。

Description

利用自由轮与内燃机耦连的电机的减速扭矩的确定

技术领域

本发明涉及一种用于确定利用自由轮与内燃机耦连的电机的减速扭矩的方法，以及一种优选为电机调节器的运算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。

背景技术

为了调节车辆中的车载电网电压，可使用电机，特别是他励电机。该电机具有根据车载电网电压控制电机励磁电流的调节器。

对由电机吸收的扭矩的尽可能确切的认知基本上一般是有利的，特别是以便相应地调节驱动电机的内燃机的调节器。然而，对电机的这种扭矩吸收的认知也是特别有利的，特别是当内燃机处于从控制技术上来看的临界运行状态时，例如怠速状态。在怠速状态中，电机吸收的扭矩在峰值时可具有很高的值，其中内燃机的功率输出或与此相关联的扭矩相当低或者是波动的，这可能导致内燃机有明显的转速不稳定性。在极端情况下，这甚至可能导致发电机以其扭矩使内燃机“停止”，也就是说使内燃机停止旋转。这是由于内燃机仅以脉冲方式输出其扭矩，即在每个做功冲程中输出其扭矩。在中间阶段，内燃机不能控制其扭矩。

为了避免这种情况，必须尽可能准确地确定与内燃机耦连的电机的减速扭矩。

为此，从现有技术中已知扭矩测定方法，其通过检测电机的励磁电流及其速度来估计扭矩的存在。然而，该方法相当繁琐且对于某些应用来说不够精确，因为除了励磁电流和转速之外，该方法中还包含附加的电机功率损耗部件，其必须被估算或者借助于模型复杂地被计算。例如在DE 100 401 112 A1中说明了这种方法。

如果下文中一般性地提到电机，则其在此也可以是可作为发电机和/或电动机运行的电机，例如可以是所谓的起动发电机。

因此，有利的是，进一步研发从现有技术中已知的用于确定电机扭矩的方法，以使得可更省力且更精确地确定电机的减速扭矩。

发明内容

本发明提出了一种用于确定利用自由轮与内燃机耦连的电机的减速扭矩的方法，以及一种运算单元和用于执行该方法的计算机程序，其具有独立权利要求所述的特征。有利的设计方案是从属权利要求和以下说明的内容。

该方法用于确定利用自由轮与内燃机耦连的电机的减速扭矩。电机可由内燃机驱动，其中电机通常可与内燃机固定连接并且例如可借助于带传动与内燃机的曲轴耦连。通过在电机和内燃机之间的耦连，可根据电机的运行状态将扭矩从内燃机传递到电机上。在电机侧，内燃机的扭矩受到减速力矩的反作用，该减速力矩特别是在空载状态下应被克服，以便不影响内燃机的运行。

为了确定电机的相应的减速扭矩，检测电机转速的时间曲线。电机转速的检测原则上例如可通过转速传感器在电机的轴处或者基于电机的相信号来确定，但也可借助于由发动机控制单元获取的数据来确定。

随后，确定具有空载阶段的电机运行状态。这种运行状态同样可通过从发电机获得的数据或者由发动机控制单元的数据来确定。空载阶段为其中用以使电机与内燃机耦连的自由轮生效的状态。当电机的转速超过内燃机的曲轴转速时，则自由轮生效。这种空载阶段同样可利用前述措施来检测。

在此之后，通过评估在空载阶段中电机转速的时间变化来确定电机的减速扭矩。

已经认识到的是，仅当电机与内燃机解耦时，电机的减速扭矩才可基于简单的物理变量来确定。这在电机与内燃机例如通过带传动强制耦连时特别是在以下情况中尤其如此，即相应的耦连元件通过自由轮与电机接合并且自由轮处于相应的空载状态。由此，可通过评估在空载状态下电机转速的时间变化以非常简单的方式确定在电机的相应运行状态下电机的相应减速扭矩。

在一个优选的实施方式中，由电机的至少一个相信号、特别是电机的相电压和/或相电流来确定电机的转速。这种设计方案是有利的，因为转速可直接由电机中已经提供的测量变量来确定，而不需要用以确定电机转速的另外的传感器(例如确定电机转速的转速传感器)或来自外部运算单元(例如发动机控制单元)的信号。

进一步优选的是，借助于电机的调节器来执行转速的检测。此外优选的是，作为附加或替代，同样借助于电机的调节器实现电机具有空载阶段的运行状态或其空载状态的确定和电机减速扭矩的确定。

在此，调节器在结构上集成在电机中或布置在电机处。在电机调节器中执行相应的方法步骤是有利的，因为其不一定需要在电机和外部单元(例如发动机控制单元)之间的通信线路(例如LIN连接)来执行单个步骤或整个方法流程。由此，电机及其连接的调节器原则上适于相对于外部运算单元完全自主地执行该方法的单个步骤或整个方法。

然而应理解的是，完全可在电机调节器和外部单元、特别是发动机控制单元之间设置这种连接，以将在该方法中确定的电机减速扭矩传输给发动机控制单元，从而发动机控制单元可使对内燃机的控制相应地适配于发电机的减速扭矩，以可实现尽可能无干扰的发动机运行。

在该方法的另一优选的实施方式中，改变影响减速扭矩的调节变量。在此，特别有利的是，在检测电机转速的时间曲线之前改变影响减速扭矩的调节变量，因为可由此以非常简单的方式由转速的时间曲线确定空载阶段。

在本发明的另一优选的实施方式中，通过检测取决于影响电机制动扭矩的调节变量的变化的转速时间范围来确定电机的空载阶段。

然而应理解的是，为了获取转速的时间曲线也可在时间上检测影响减速扭矩的调节变量，以实现前述目标或下述目标。影响减速扭矩的调节变量优选为电机的励磁电流。然而应理解的是，也可改变影响减速扭矩的其他调节变量，以实现上文或下文所述的效果。

在电机的空载阶段中，其转速变化或转速梯度主要与电机的减速扭矩相关。通过改变影响减速扭矩的调节变量可非常可靠地识别电机的空载阶段，因为在第一近似值中仅在空载阶段中的转速取决于电机的减速扭矩，而在电机由内燃机驱动的阶段中的转速不会受到电机减速扭矩的显著影响。然而，这仅适用于以下情况，即减速扭矩未达到足以显著影响内燃机运行状态的值。在此，可相应地选择扭矩施加的程度，或者可在检测时设置相应的阈值。

影响减速扭矩的调节变量的变化的另一有利的作用在于，在此可有针对性地相应地改变直接影响电机减速扭矩且又取决于励磁电流的电机侧的参数。在此，特别优选的是，将影响减速扭矩的调节变量减小到最小值，优选地减小到零。由此，对于减小调节变量的时间可将取决于励磁电流的直接影响电机减速扭矩的所有电机功率损耗分量减小到最小值或零或者设置为零。由此，所有不取决于励磁电流的功率损耗分量(例如由电机的风扇或由轴承损失引起的功率损耗)可直接供使用且被确定。其优点在于，由此可确定电机的轴承和/或风扇的损坏或故障。此外，在了解风扇或轴承对减速扭矩的相应贡献的基础上可推断出自由轮的减速扭矩。

在该方法的另一优选的实施方式中，可特别是在相同或相似的运行条件下通过将空载阶段中电机转速的时间曲线与所存储的空载阶段中电机转速的典型时间曲线进行比较来确定电机的故障。在此，特别是可确定对空载阶段有直接影响的电机故障。其中例如包括自由轮的故障和/或电机轴承的影响。

在另一优选的设计方案中，影响电机减速扭矩的调节变量的变化是按时钟进行的。调节变量、特别是励磁电流的时钟控制是特别有利的，因为由此可将调节变量的时钟频率和幅度选择为使得可借助于时钟模式通过确定重要模式来非常简单地确定空载阶段。另外，在此可通过选择时钟的幅度和重复率使调节变量的这种变化例如对内燃机的运行平稳性或者对供给到机动车车载电网中的电能的干扰的不利影响最小化。

进一步优选的是，时钟频率比内燃机的振荡转速波动的频率大，进一步优选地至少大两倍。这种设计方案是特别有利的，因为在由内燃机引起的振荡转速波动的转速下降沿中通常自由轮起作用。由此，通过选择时钟频率可将占空比调节为使得可在电机转速的时间曲线中可靠地分辨空载阶段。

在该方法的另一优选的实施方式中，通过由转速时间曲线检测转速的时间间隔并且通过检测在转速下降沿的时间范围中空载状态的电机转速特征曲线来确定电机的空载阶段，其中所述时间间隔具有转速最大值、转速最小值与设置在转速最大值和转速最小值之间的转速下降沿。这种用于确定电机空载阶段的方法可作为前述方法的附加或替代被使用，在前述方法中通过影响减速扭矩的调节变量的变化来确定空载阶段。附加使用具有以下优点：对从相应的测定方法中获得的结果进行比较并且可在冗余的基础上确定相应的空载阶段，这显著促进了空载阶段的可靠确定。在对前述方法的替代使用中，可仅通过确定电机转速时间特性的曲线以特别简单的方式确定空载阶段，而在此无需附加地改变另一调节变量。

在确定空载阶段的另一有利的实施方式中，将时间间隔选择为其附加地还具有转速上升沿，其中通过比较转速上升沿和转速下降沿来确定空载阶段。通过自由轮与内燃机耦连的电机的转速特性通常具有不对称的曲线，其中与电机的驱动阶段相关联的转速沿比与空载阶段相关联的转速下降沿明显更陡。由该特征性曲线同样能够可靠且特别简单地确定电机的空载状态。

在该方法的另一有利的实施方式中，可通过比较电机转速和内燃机曲轴转速来确定电机的空载状态。通过将内燃机转速、特别是曲轴转速与电机转速进行比较可借助于转速差特别简单地确定电机何时具有空载阶段。例如可基于发动机控制单元且借助于与电机、特别是其调节器的通信连接、特别是LIN连接来确定关于曲轴转速的信息。一方面可行的是，以较高的时间分辨率传输转速从而时间精确地检测出在所传输的转速和例如在电机运算单元中确定的转速之间的转速差会在哪些时间点出现。然而也可行的是，以较低的时基传输平均转速值。如果该平均转速值偏离本身已确定的平均发电机转速值，则一定部分地存在空载状态，其总是在转速下降的阶段中出现。

用于识别空载状态的前述方法可组合使用，但也可单独使用。

在本发明的另一优选的实施方式中，可在进一步的方法步骤中通过确定由电机减速扭矩及其转速求得的机械功率和电机的机械功率与电功率的比率来确定电机的效率。由内燃机驱动的电机效率的直接确定通常是失败的，因为无法确定内燃机本身的驱动扭矩。由此，为了确定电机的效率，必须找到其中电机与内燃机解耦且无驱动地减速停转的状态。这种状态在电机的空载状态下给出，由此可以特别简单的方式确定电机的效率。

本发明的另一有利的实施方式体现为一种运算单元，特别是用于电机的调节器，其适于执行根据前述实施方式的方法。

附图说明

本发明的其他优点和设计方案由说明和附图得到。

图1a以示意图示出了利用自由轮与内燃机耦连的电机；

图1b示出了示出了电机的电功率、机械功率和减速扭矩关于转速的示例性曲线；

图1c示出了根据现有技术确定电机减速扭矩的示意图；

图2a以示意图示出了利用自由轮与内燃机耦连的电机；

图2b示出了根据本发明的用于确定电机减速扭矩的方法的示意图；

图2c示出了相电压的时间曲线以及由此导出的转速；

图3a示出了在没有电机负载的情况下电机转速的时间曲线和内燃机转速的时间曲线；

图3b示出了在有负载的情况下电机转速的时间曲线和内燃机转速的时间曲线；

图4示出了具有不同负载施加的电机的转速曲线的原理图；

图5示出了在电机的不同负载下施加到电机上的不同扭矩的时间上的对比。

具体实施方式

在图1a中示出了从现有技术已知的系统，其由机动车车载电网10和借助于自由轮11与内燃机12耦连的电机14组成，其中电机14为机动车车载电网10提供电能。电机14借助于耦连元件16(通常为带传动)被驱动，其中耦连元件16在内燃机12的一侧固定在曲轴17处并且在电机14的一侧固定在具有自由轮11的滚轮处。为了控制车载电网10中的电压设置有成调节器20形式的运算单元18，其根据车载电网10的电压相应地调节电机14的励磁电流I_Err。

电机14的负载及其须由内燃机12的相应扭矩克服的减速扭矩通过励磁电流I_Err的变化而变化，以确保内燃机12无干扰地运行。然而，这特别是在内燃机处于对干扰反应敏感的状态(例如怠速状态)的运行条件下可能具有不利后果，因为由此在电机14的减速扭矩短时间变化时，会产生通过发动机控制单元22对内燃机12进行调节的巨大需求。

这例如在图1b中示出。在此，示例性地示出了电机的电功率(虚线)、电机的机械功率(点线)和电机的扭矩吸收(实线)。在此可看出，电机14的扭矩吸收刚好在约800转/分钟的怠速运行附近的转速范围中具有局部最大值，这使得内燃机12的怠速运行周围的区域特别强化地被调节。可能发生的是，发动机控制单元22不再能够相应地调节内燃机12，因此内燃机可能由于电机14的减速扭矩的跳跃式增大而熄火。

为了防止这种情况并且为了可借助于发动机控制单元22相应地控制内燃机12，在现有技术中，基于电机的励磁电流I_Err和转速估算电机14的减速扭矩。然而，这是非常不准确的，因为电机的所有功率损耗分量仅可被估算，例如涉及到定子损耗P_st、铁损P_E、转子损耗P_RO、通风损耗P_vent和轴承损耗P_La(参见图1c)。所有这些状态变量必须存储在特征场中以用于估算各个运行状态的电机减速扭矩，这使得这种方法非常复杂。此外，由于影响电机14的减速扭矩的多个因素是被估算的，因此该方法对于许多应用来说不够准确。

在图2中示出了根据本发明的用于确定电机的减速扭矩M的方法，其借助于图2a中所示的利用自由轮111与内燃机112耦连的电机114，该电机借助于耦连元件116由内燃机112驱动。如图2所示，电机114和内燃机112的组合在很多部分上类似于图1所示的组合，因此部分地对于相同或相似的元件使用相同的附图标记，并且相应地各个元件的功能和位置是相同的。

耦连元件116在发动机侧与内燃机112的曲轴117有效连接。由于内燃机112的各个汽缸的做功冲程，内燃机112以脉冲方式将扭矩输出到曲轴117。内燃机112的脉冲形式的扭矩输出伴随有耦连元件116的磨损，这通过设置在电机114处的自由轮元件111来减轻。

另外，电机114还具有运算单元，优选为调节器120，其通过励磁电流I_Err的设定来控制馈送到机动车车载电网100的电能。此外，为了利用发动机调节单元122检测和传输数据，还可设置通信连接124(以虚线表示)。另外，调节器120被设置用于执行以下说明的用于确定电机114的减速扭矩M的方法。如下所述，基于物理状态变量确定电机114的减速扭矩M。

物体(在此为电机114的转子)的固有惯性由旋转质量的角动量L＝ω×J描述，其中ω是转子的角速度并且J是其转动惯量。该转动惯量主要取决于转子的质量和几何形状。这些变量原则上对于每个安装在电机中的转子都可很容易地被确定。转子的转动惯量在第一近似值中在电机运行期间没有显著变化，从而可作为恒定量例如存储在特征场中。扭矩通常定义为角动量的时间导数。

在内燃机112和电机114的系统中存在的所有扭矩的状态方程由所有施加的扭矩的总和得到，其中有

M_BKM+M_Gen+d/dtω×J＝0。

驱动扭矩M_BKM，即内燃机112的通过皮带传递到电机的扭矩部分无法容易地被确定。在此，利用了这样的事实：由于内燃机112的脉冲式扭矩输出会产生转速波动，其中电机114具有或多或少规则分布的空载阶段Ph_fl，其被内燃机的驱动阶段Ph_ant中断(参见图3)。在这些空载阶段Ph_fl期间，电机114与内燃机112解耦(M_BKM＝0)并且相应地简化了扭矩方程：

M_Gen+d/dtω×J＝0，或M_Gen＝-d/dtω×J。

由此，通过确定电机114的空载阶段的时间范围中的转速，可直接确定电机114的所施加的减速扭矩，其总体上受到磁力、摩擦损失、空气动力损失等的影响。

由于电机114可借助于调节器120通过施加给电机114的特别是呈相电压121a或相电流形式的相信号121来确定相应的瞬时转速，因此电机114或调节器120适于相应地识别空载的时间段，并由空载状态Ph_fl中的相应扭矩曲线确定电机114的相应减速扭矩。

转速122的确定通过电机114的相信号121进行并且在图2c中示意性地示出。然而应理解的是，也可通过其他方式、例如借助于转速传感器来确定电机114的转速。基于说明，电机114的转速122和转速(n_Gen)可类似地被使用。

在图2c中更详细地说明了由电机114的相信号121确定转速信号122。在此，相信号121是电机的相电压121a的其中一个。应理解的是，为此原则上可使用电机114的一个或多个相的任意相电压，然而也可使用相应的相电流，以由此确定电机114的转速信号122。当使用多于一个相电压时，可实现转速信号的相应更高的时间分辨率(未示出)。

在发电机中相电压121a的曲线随着电流输出在第一近似值中呈矩形。在相电压121a的该信号处，可检测平均相位时间T_Phase，其中最好可在相电压121a的较陡的沿上确定该平均相位时间。因此，发电机转速由以下公式得到：

n_Gen＝60/(T_PHASE*PPZ)，

其中n_Gen是电机114的转速，单位为转每分钟，并且PPZ是电机114的极对数。

自由轮无效时(即，电机由内燃机驱动时)的曲轴转速由以下公式给出：

其中n_KW是曲轴转速，单位为转每分钟，是曲轴和发电机轴之间的传动比，并且PPZ是发电机的极对数。

与此对应的转速122的值和相应于一个时间间隔内转速122的平均值的平均转速122m的值在图2c中同样以点或线示出。该时间间隔特别是可通过在若干振荡上求平均值的方式来选择。

转速可优选地以数字方式确定。通过测量电机114的相信号121中振幅的时间间距T_Phase，可如上所述地确定瞬时转速n_KW。只要在检测时间段中已知诸如汽缸数、传动比和电机114的极对数等参数，调节器118就可将固定数量的转速值储存在存储器、例如移位寄存器(未示出)中，并且至少在一个振动周期内分别确定最大和最小的瞬时转速。最大和最小瞬时转速优选为在相应检测时间范围中的峰值转速。这些转速之间的差值是发动机112输出的扭矩的量度。为了准确测定T_Phase而有利的是，确保在T_Phase的平均值附近的较高的时间分辨率。在此，为了更好的分辨率，可基于相电压121a的上升沿和下降沿确定转速。在存储器中原则上可检测任意数量的转速值，然而其中应检测用于评估的约整个振动周期。

为了表示发电机的采样率足以相应地分辨转速122和特别是叠加在转速上的振荡，下面应考虑相应频率的比率并且与奈奎斯特准则进行比较。奈奎斯特准则要求f_el/f_moment>＝2。在自由轮无效时，即电机与内燃机刚性耦连时，基于发动机转速得到发电机频率或电机频率，有：

其中n_KW为内燃机的转速。

结合f_moment＝n_KW/60*气缸数/2的方程式得到：

由此，例如对于PPZ＝6、气缸数＝4得到商f_el/f_moment＝9。即使使用非常大的高汽缸数发动机，例如12缸发动机，该比率也可达到f_el/f_moment＝3，其中在此也始终满足奈奎斯特采样准则。

在图3中示出了内燃机112的转速曲线(虚线)和电机114的转速曲线(实线)，其具有电机114的两个不同负载，在第一种情况中没有施加到电机上的负载(图3a)，并且在第二种情况中具有施加到电机上的负载(图3b)。

电机114上的不同负载不可避免地伴随有电机114的不同减速扭矩。这可从以下事实看出：在空载阶段Ph_fl的时间范围中，电机在无负载情况下的转速122a的下降沿124的梯度(参见图3a)明显小于电机114在有负载情况下的转速122b的梯度(参见图3b)。在转速122的上升沿126中，未观察到类似的特性。因此，可通过影响减速扭矩M_Gen的调节变量来控制电机114的负载及其减速扭矩M_Gen。这种调节变量例如为励磁电流I_Err。由此，在空载阶段Ph_fl中转速梯度的负载敏感特性例如可用于识别空载阶段Ph_fl。

在转速122的下降沿124的时间范围中，转速梯度122a、122b的负载敏感特性特别是在空载阶段Ph_fl中是显著的，因为在这种情况下电机与内燃机112的运动质量是解耦的。

此外，可通过将影响减速扭矩M_Gen的调节变量减小到零来减小或消除取决于相应调节变量的又反过来影响减速扭矩的所有功率损耗分量，由此可确定电机114的故障，例如电机114的发电机轴承的故障或自由轮111的故障。在此，原则上不仅可确定相应轴承或自由轮的逐渐恶化，而且可确定完整的故障—卡住的自由轮。

电机114中的空载阶段可如上所述通过影响减速扭矩M_Gen的调节变量的变化来确定，但也可通过其他方式确定。这里的一种可能性是，例如基于经验值确定空载阶段，其中确定在内燃机112的怠速中电机114的自由轮111是否生效。该信息例如可存储在发动机控制单元122中并且通过通信接口124被传输到调节器，之后该调节器可确定电机114的减速扭矩M。

此外可行的是，将电机114在驱动阶段Ph_Ant中的转速的上升沿与电机114在空载阶段Ph_FL中的转速的下降沿进行比较。在图3a和图3b中可清楚地看出，在电机114的驱动阶段中的上升沿和在空载阶段中的下降沿相对于转速曲线中的各个最大值和最小值始终不对称。借助于这种特征性和非对称的转速曲线，可确定电机114的空载状态Ph_FL或驱动状态Ph_Ant。

检测电机114的空载阶段的另一可能性在于，比较曲轴117的当前转速与电机114的当前转速。由于在电机114的空载阶段中的转速不同，在自由轮117仅暂时生效的过程和自由轮未生效的过程之间也可看出转速中的差异。这特别是可通过在曲轴117和电机114之间带传动的传动比来确定，其中，在此基于在电机114和内燃机112强制耦连时的传动比这由电机114的转速和内燃机112的转速的比率得到，该传动比可作为常数例如存储在特征场中并且用于比较。在驱动阶段Ph_Ant中，传动比始终等于给定的值。然而，如果自由轮生效，电机114的转速和内燃机112的转速的商大于所存储的传动比，由此可推断出自由轮生效。平均曲轴转速或内燃机112的平均转速可借助于发动机控制单元122的数据被提供并且通过通信连接124被发送到电机114的调节器120，该调节器相应地确定各个空载部分或空载阶段Ph_FL。

在另一方法中，电机114的空载阶段Ph_FL的存在也可通过以下方式确定，即仅将内燃机112的曲轴117的平均转速与电机114的平均转速进行比较。只要这些转速的比值大于传动比就处于自由轮生效的时间比例，其中空载阶段在转速下降的时间出现。

识别空载阶段Ph_FL的存在的另一可能性在于，将内燃机112的最小转速值与电机114的最小转速值设置成比值。只要该转速比大于传动系数就一定处于自由轮生效的时间比例，其中空载阶段在转速下降的时间出现，更准确地说，在具有转速下降的最大负斜率的时间出现。同样也可使用取决于传动系数的变量，例如电机112的相信号的频率，并将其与相应的参考值进行比较。

在另一实施例中，将假设空载阶段在内燃机的特定运行状态、例如怠速中定期出现。通过从发动机控制单元将该运行状态传输到调节器，调节器可推断出空载阶段的存在。则空载阶段又发生在具有最大负转速梯度的时间范围中。

在图4中示出了内燃机112的转速的时间曲线(实线)、电机114在第一负载下的转速曲线122a(点线)和电机114在与第一负载相比更大的第二电机负载下的转速曲线122b。在此应再次明确的是，可通过在电机114的空载阶段Ph_FL中转速下降的梯度确定电机114的减速扭矩。

在图5中示出了图4中的转速曲线，其中有内燃机112的转速 和具有第一负载的电机114的转速122a以及具有第二负载的电机114的转速122b。与之对比的是相应的由电机引起的减速扭矩M1和M2(以点线表示)，其中M₁对应于较低负载，而M₂对应于较高负载。还以虚线示出了施加在电机114上的总扭矩M_G1和M_G2，其中可看出，当电机114与内燃机112解耦时在空载阶段Ph_FL中该总扭矩下降到减速扭矩M₁或M₂的相应水平并且随着内燃机112的重新接合相应地急剧上升。由此，在空载阶段Ph_FL中施加的扭矩正好相当于减速扭矩M，而在驱动阶段Ph_Ant中发电机的减速扭矩虽然保持不变但通过轴上较高的反扭矩被抵消。此外，还示出了电机114的相信号121，利用该相信号对相应的转速信号进行采样。

在电机的驱动阶段Ph_Ant中，所施加的扭矩比当前所需的扭矩更大。这种过大的扭矩以转速上升的形式缓存在角动量中。由于利用所提供的测量装置无法合理地识别所施加的该扭矩，因此仅可在空载阶段中测量电机114的减速扭矩M。这里的数据基于四缸发动机的典型时间关系，该四缸发动机在带传动116处所具有的电机和发动机之间的传动比为3，并且在电机114处所具有的极对数为8。在内燃机112和电机114之间刚性耦连(自由轮未生效)时，例如在转速曲线的两个最小值之间电压脉冲121a的数量是固定的。此外，只要相电压脉冲的数量相对于在电机114和内燃机112之间刚性耦连的预期相电压脉冲的数量有所偏离，特别是增大，则可推断出空载阶段Ph_Fl的存在。预期电压脉冲的数量例如可相应地储存在存储器中。在本示例中，预期电压脉冲121a的数量为12，因为脉冲的数量以传动比3和极对数8以及汽缸数4来确定。然而，这是主要取决于传动比极对数和内燃机112的汽缸数的任意数量。对此的推导特别是由对图2c)的说明得到。原则上应理解的是，所给出的数值用于本发明的定性说明，而并不一定局限于这些数值。

此外，通过识别空载阶段Ph_Fl和确定电机114的减速扭矩M_Gen可以非常简单的方式确定电机114的效率μ。该效率计算为电功率和机械功率的商，μ＝P_el/P_mech。电功率P_el可借助于转速n_Gen的励磁电流I_Err和发电机电压U_Gen例如由特征场或借助模型来确定。机械功率P_mech由电机的减速扭矩M和转速n_Gen确定，P_mech＝2*Pi*M_Gen*n_Gen。由此，可以非常简单的方式确定电机的效率。

Claims (15)

1.一种用于确定利用自由轮(111)与内燃机(112)耦连的电机(114)的减速扭矩的方法，包括以下步骤：

a)检测所述电机(114)的转速(n_Gen)的时间曲线；

b)确定所述电机(114)的具有空载阶段(Ph_Fl)的运行状态；

c)通过评估在所述空载状态(Ph_Fl)下所述电机(114)的转速(n_Gen)的时间变化来确定所述电机(114)的减速扭矩(M_Gen)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)中由所述电机(114)的至少一个相信号(121)、特别是所述电机(114)的相电压(121a)和/或相电流来确定所述电机(114)的转速(n_Gen)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于所述电机(114)的调节器(120)执行步骤a)和/或步骤b)和/或步骤c)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在检测所述电机(114)的转速(n_Gen)的时间曲线之前，改变影响所述减速扭矩(M_Gen)的调节变量，优选为励磁电流(I_Err)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将影响所述减速扭矩(M_Gen)的调节变量减小到最小值，优选地减小到零。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，通过将在所述空载阶段(Ph_Fl)中所述电机(114)的转速(n_Gen)的时间曲线与所存储的在空载阶段(Ph_Fl)下所述电机(114)的转速(n_Gen)的时间曲线进行比较来确定所述电机(114)的故障，优选地确定所述自由轮(111)的故障，进一步优选地确定所述电机(114)的轴承的故障或所述电机(114)的风扇叶轮的故障。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，通过检测所述转速(n_Gen)的以下时间范围来确定所述电机(114)的空载阶段(Ph_Fl)：所述时间范围与影响所述电机的制动扭矩的调节变量的变化相关联。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其特征在于，影响所述电机(114)的制动扭矩的调节变量的变化以时钟方式进行。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过从所述转速(n_Gen)的时间曲线中检测所述转速(n_Gen)的时间间隔并且检测所述电机(114)的转速(n_Gen)对于所述空载状态(Ph_Fl)的特征性曲线来确定所述电机(114)的空载阶段(Ph_Fl)，其中所述时间间隔具有转速最大值、转速最小值以及位于转速最大值与转速最小值之间的转速下降沿。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，选取所述时间间隔以使得所述时间间隔附加地还具有转速上升沿，其中通过比较所述转速上升沿和所述转速下降沿来确定所述空载阶段(Ph_Fl)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，通过比较所述电机(114)的转速(n_Gen)和所述内燃机(112)的曲轴(117)的转速(n_BKM)来确定所述空载阶段(Ph_Fl)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，在另一步骤d)中通过由所述减速扭矩(M_Gen)确定机械功率(P_mech)和所述机械功率(P_mech)与所述电机(114)的电功率(P_el)的比值设置来确定所述电机(114)的效率(μ)。

13.一种运算单元(118)，特别是用于电机(114)的调节器(120)，适于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

14.一种计算机程序，当所述计算机程序在运算单元(118)上运行时，使得所述运算单元(118)执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

15.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有根据权利要求14所述的计算机程序。