CN111005814A - 用于确定内燃机的曲轴的旋转角度位置的方法 - Google Patents

用于确定内燃机的曲轴的旋转角度位置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定内燃机的曲轴的旋转角度位置的方法，内燃机直接或变速地与包括转子和定子的电机耦联，电机之后是整流器和电压调节器电路以及电池，其中电机的至少一个信号分别具有一个或多个特征值，特征值分别在转子的每转中出现至少一次，其中借助于理论模型来描述由电机、整流器和电压调节器电路以及电池组成的系统，其中预先给定电机的电感和电机的理论空载电压作为理论模型的边界条件，其中预先给定电机的至少一个信号的两个特征值之间的时间差的、电池的电压的和整流器和电压调节器电路的短路电压的当前值作为用于理论模型的输入参量，其中借助理论模型根据边界条件和输入参量来确定磁极转子角并根据磁极转子角来确定曲轴的旋转角度位置。

Description

用于确定内燃机的曲轴的旋转角度位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定内燃机的曲轴的旋转角度位置的方法以及用于执行所述方法的计算单元和计算机程序。
背景技术
内燃机的曲轴的旋转角度位置和转速是用于电子发动机控制器的多种功能的主要的输入参量。为了对其进行求取，能够在主体上以相同的角度间距设置标记，所述主体与内燃机的曲轴一起旋转。可以通过传感器检测由于曲轴旋转所扫过的标记并作为电信号传递到分析电子器件。
电子器件针对曲轴的、相应的旋转角度位置确定用于标记的分别为此而存储的信号或者测量两个标记之间的时间差，并且能够基于两个标记之间的已知的角度间距来求取角速度并且由此求取转速。就机动车而言，尤其是就ATV（英语：全地形车辆）、摩托车、轻便摩托车或者机动脚踏车而言，标记能够例如通过所谓的传感器轮（Geberrad）的、金属的齿轮的齿来提供，所述齿通过其运动在传感器中引起磁场的变化。一些齿的齿隙可以作为用于识别绝对位置的基准标记。
在乘用车中最多使用60-2的齿（60个齿均匀分布，其中，2个齿保持留空），而在摩托车或者机动脚踏车中例如也使用36-2、24-2或者12-3的齿。就曲轴的这种旋转速度确定或者旋转角度位置确定的间接原理而言，转速信号的分辨率或者旋转角度位置的绝对检测通过齿的数量以及通过对于基准标记的可靠的识别来确定。
在各种现代化的具有内燃机的车辆中安装如下发电机，该发电机通过曲轴的旋转驱动并且提供电信号，它们用于为车辆供电并且给车辆电池充电。在没有这种发电机的情况下，车辆的规定的运行是不可能的或者仅在非常短的时间内是可能的。
例如在DE 10 2014 206 173 A1中，通过曲轴来驱动的电机（发电机）的电输出参量的使用被用于转速确定。为此目的，分析电机的一个或多个信号，所述信号分别具有一个或多个值，其分别在电机的转子每转中出现至少一次。通过计算所述值的两个出现时间点之间的时间差，可以计算出转速。
此外，在DE 10 2016 221 459 A1中公开了使用这种电输出参量来确定内燃机的曲轴的旋转角度位置。为此目的，将电机的相位信号的至少一个值的出现时间点用于确定转子的旋转角度位置，该出现时间点分别在转子的每转中出现至少一次。由旋转角度位置和角度偏移来计算曲轴的旋转角度位置。
发明内容
在此背景下，提出了带有独立权利要求的特征的、一种用于确定内燃机的曲轴的旋转角度位置的方法以及一种用于执行该方法的计算单元和一种计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求以及随后的说明的主题。
内燃机直接或变速地与包括转子和定子的电机耦联。电机之后还有整流器和电压调节器电路（Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung）以及电池。
电机的至少一个信号分别具有一个或多个特征值，所述特征值分别在转子的每转中出现至少一次。特别地，这种信号可以是电机的转速信号或电机的输出端上的输出电压。特征值例如是零位置，最大值或最小值。
在本方法的范围中，借助于理论模型来描述由电机、整流器和电压调节器电路以及电池组成的系统。预先给定电机的电感、特别是发电机线路（Generatorstrang）的电感，以及电机的理论空载电压或理想空载电压作为理论模型的边界条件。尤其假定这些边界条件是恒定的。
特别地，另外可以预先给定电感或发电机线路的欧姆电阻作为边界条件。然而，以简单的近似，也可以适宜地假定该欧姆电阻为可以忽略不计地小。
预先给定电机的至少一个信号的两个特性值之间的时间差的、电池的电压的以及整流器和电压调节器电路的短路电压的当前值作为用于理论模型的输入参量。
借助于理论模型，根据边界条件和输入参量来确定磁极转子角（Polradwinkel）或磁极转子角的当前值。根据磁极转子角或由磁极转子角的当前值来确定曲轴的旋转角度位置。
由于内燃机的曲轴和电机的转子的固定的耦联，可以在知道转子的旋转角度位置的情况下反推出曲轴的旋转角度位置。由于空载电压的相对的相位位置与转子的旋转角度位置一致，因此可以在电机未受负荷时直接从电机的空载电压读取转子的精确的旋转角度位置。但是，这种关系不适用于受负荷的电机，因为由于电流的作用会发生相位位置的移动，并且相应地，电机的输出电压（对应于电机的至少一个相位的相电压）不再与转子的旋转角度位置一致。电机的输出电压与电机的转子的实际的角度位置之间的角度位置的这种偏移通常被称为磁极转子角。
因此，通过确定磁极转子角和电机的相位的相电压，可以以改善的精度并且因此以更高的质量来提供对于曲轴的旋转角度位置的确定。因此，可以直接从电机的内部信号中提供对于曲轴的旋转角度位置的高分辨率的确定，由此能够省去用于求取旋转角度位置或者转速的相应的传感器轮以及与此相关的传感器件。由此可以节省成本，这尤其在更为便宜的轻便摩托车或轻型摩托车方面是有利的。另外，可以明显改善控制功能、像比如喷射的位置计算、力矩计算或者用于准确确定OT位置的学习功能等。
本方法提供了一种基于模型来确定电机的磁极转子角的可行方案，以用于计算内燃机的曲轴参量。借助于理论模型，可以以简单的方式描述或近似由电机、整流器和电压调节器电路以及电池组成的系统。适宜地由该模型中导出用于当前磁极转子角的计算规则，该计算规则尽可能简单并且可以计算有效地实现，从而以高的精度和尽可能少的计算工作量来在每转中多次确定曲轴位置。
如果存在足够的计算能力供使用，可以使用电气组件，即电机、整流器、电压调节器、电池和车载电网的任意精确的模型，以用于确定电机的磁极转子角的动态特性以及还特别是也确定其转速。根据可供使用的计算能力，该模型也可以适宜地通过近似或通过假设为可忽略不计地小的参量而得到简化。特别地，边界条件和输入参量的数量以及模型和磁极转子角确定的复杂性因此可以得到减少。用于仿真模型的可供使用的输入参量尤其是通常在电机的调节或控制过程中本来就得到确定的参量，尤其是电池电压、电机的输出电压的特性，必要时是整流器或电压调节器的开关状态、车载电网的不同状态。
有利地，将用于电机的至少一个信号的两个过零点（Nulldurchgang）之间的时间差的当前值预先给定为输入参量，优选地，将电机的输出电压或输出电流的两个过零点之间的时间差的当前值预先给定为输入参量。电机的机械的角速度以及机械的磁极转子角，即与电机轴有关的参量由电气参量除以电机的极对数p得出。从电流或输出电压的两个过零点之间的时间和从在其间扫过的电气的或机械的角度适宜地获得电机的电气的或机械的角速度。基于机械的角速度的旋转频率（f=ωmech/（2Π））被称为曲轴的转速。所扫过的角度由两个信号边沿的电气间距（180°）或机械间距（180°/p）以及电气的或机械的磁极转子角的在其间出现的变化引起。
根据一种有利的实施方式，所述磁极转子角通过借助于所述理论模型确定在所述电机的输出端上的电流的变化曲线来得到确定，并且所述磁极转子角被确定为所述电流的这条变化曲线与所述电机的理想条件下所感应出的电压之间的角度偏移。磁极转子角尤其表示在电机的输出端上的理想条件下所感应出的电压U i （t）和电流变化曲线i（t）之间的相位偏移或角度偏移。此外，如果输出端负载有欧姆负载或无源整流器和电压调节器电路，则除此之外电机的实际输出电压U Out 特别是与电流i（t）同相。在这种情况下，由此磁极转子角也代表理想条件下所感应出的电压U i （t）和实际输出电压U out 之间的角度偏移。角度偏移或磁极转子角特别是对应于理想条件下所感应出的电压U i （t）的过零点以及电流变化曲线i （t）或实际输出电压U out 的紧随其后的过零点之间的角度。
优选地，作为理论模型而确定如下微分方程，该微分方程在数学上描述由电机、整流器和电压调节器电路以及电池组成的系统的等效电路图。特别地，可以将电机假定为理想电压源，代表电机的线路的电感或内部电阻的线圈和电阻以串联的形式后置于该理想电压源。整流器的开关、例如二极管或半导体开关（例如MOSFET）特别是能够考虑为理想开关。等效电路图尤其可以借助于以下方程进行描述：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
在此是以理想空载电压U i0 的在ω=1的情况下得到的理想电压源的理想条件下所感应出的电压。
Figure DEST_PATH_IMAGE006
是线圈上的电压降。
Figure DEST_PATH_IMAGE008
是电阻上的电压降。
Figure DEST_PATH_IMAGE010
是整流器和电压调节器电路上的电压降。
通过上述方程的移项，特别得出以下微分方程，该微分方程描述系统的等效电路图：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
。
如果电机的内部电阻被假定为可忽略不计地小，则特别是可以省去项
Figure DEST_PATH_IMAGE014
或
Figure DEST_PATH_IMAGE016
。
优选地，在电机的输出端上的电流的变化曲线被确定为微分方程的解。由电流的变化曲线和理想电压U i （t）的相应的变化曲线，可以适宜地将磁极转子角确定为这两个信号的相位偏移。特别地，这些计算可以用于控制器上的算法中以获得磁极转子角和转速信息。
优选地，磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE018
因此作为电机的电感L、电机的理论或理想空载电压U i0 ，电池的电压U bat ，整流器和电压调节器电路的短路电压U reg 以及电机的实际输出电压的两个过零点之间的时间差Δt的函数而得到确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
。
此外，优选另外将电机或发电机线路的内部电阻预先给定为用于理论模型的边界条件。如果不能将内部电阻假定为可忽略不计地小，并且在上述微分方程式中也适宜地考虑到所述项
Figure DEST_PATH_IMAGE021
或
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，则特别是出现这种情况。因此，磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE023
也还是电机的内部电阻R的函数：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
优选地，另外借助于理论模型来确定电机的理想电压源的角速度和至少一个信号的特征值的时间点，特别是电机的实际输出电压的过零点的时间点。特别地，如果不能将电机的转速和/或整流器或电压调节器的状态假定为恒定的并且同样对当前磁极转子角有影响，则对于这些参量的确定尤其能够是必要的。
优选地，将电机的理想电压源的角速度，至少一个信号的特征值的时间点和磁极转子角作为输入参量回引给理论模型。对于磁极转子角的确定因此适宜地迭代地进行。在当前第n步迭代过程中确定的、用于角速度ω n ，特征值的时间点t n 和磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE027
的当前值回引作为下一个（n+1）迭代步的另外的输入参量，从而将所述磁极转子角另外确定为所回引的输入参量的函数：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
。
在这种情况下，对于初始计算步骤，优选可以将电机的理想电压源的初始角速度ω 0 ，至少一个信号的特征值的初始时间点t 0 和初始磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE031
估计或近似确定为理论模型的输入参量。
还可以设想的是，为理论模型预先给定另外的适宜的输入参量，有利地是压力、特别是环境压力，和/或温度、特别是环境温度和/或内燃机的温度。
如果电机并非刚性地，而是例如通过附带有滑移的皮带与内燃机的曲轴耦联，则对于曲轴的旋转角度位置的确定有利地根据磁极转子角并且还根据皮带的滑移来进行。为了求取滑移，必须已知两个轴，即发电机轴和曲轴的转速。一种对此的可行方案能够是使用凸轮轴位置/转速传感器，利用该传感器的信号可以提供参考以供滑移确定使用。作为凸轮轴传感器的信息的替代方案或者附加方案，发电机可用于补充其他位置和转速信息，并且因此尤其能够省去曲轴传感器。
根据本发明的计算单元、比如机动车的控制器尤其在程序技术上被设立用于执行根据本发明的方法。
以计算机程序为形式来实现根据本发明的方法也是有利的，所述计算机程序带有用于执行所有方法步骤的程序代码，因为这造成特别小的成本，尤其当实施的控制器还被用于其它的任务并且因此本来就存在时。合适的用于提供计算机程序的数据载体尤其是磁性存储器、光学存储器和电存储器、像比如硬盘、闪存、EEPROM、DVD以及类似更多的存储器。也能够通过计算机网络（互联网、内联网等等）来下载程序。
附图说明
本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中得出。
本发明借助于实施例在附图中得以示意性地示出并且在下文中参照附图得以描述。
图1示意性地示出了由电机、整流器和电压调节器电路和电池以及计算单元组成的系统，其能够基于根据本发明的方法的一种优选的实施方式；
图2示意性地示出了由电机、整流器和电压调节器电路和电池组成的系统的等效电路图，其能够在根据本发明的方法的一种优选的实施方式的过程中得到确定；
图3示意性地示出了电机的信号的时间上的变化曲线，其能够在根据本发明的方法的一种优选的实施方式的过程中得到确定；
图4至图6分别作为框图示意性地示出了按照根据本发明的方法的一种优选的实施方式的由电机、整流器和电压调节器电路以及电池组成的系统的理论模型。
具体实施方式
图1示意性地示出了系统100，其由电机110、整流器和电压调节器电路120、电池140和计算机单元150组成，其被设置为执行根据本发明的方法的一种优选的实施方式。
电机110尤其被构造为机动车中的发电机，例如构造为交流电机（Drehstromlichtmaschine）或所谓的起动发电机，并与车辆的内燃机的曲轴耦联，其为清楚起见未在图1中明确示出。例如，电机110可以被设计为双相的永久激励的电机，在其中感应出两个相对于彼此相移了180°的电压信号。电池140尤其构造为机动车电池并且可以是车载电网的一部分。
整流器和电压调节器电路120具有多个在此构造为二极管121、122、123、124的开关，借助所述开关对电机110的多相输出电压进行整流并且可以被提供用于为机动车电池140或车载电网供电。为了调节车载电网电压，在此设置有（简单的）调节器，该调节器具有两个另外的二极管125、126以及在此构造为MOSFET的开关130，借助于这些开关可以产生整流器和电压调节器电路120的短路。
电机的输出端上的输出电压在图1中用Uout表示。在单个二极管或在MOSFET 130上的电压降用U二极管或UMosfet表示。电池140的电压用Ubat表示。
计算单元150被设计为控制器，并且特别是被设置用于控制整流器和电压调节器电路120，并且还尤其被设置于控制内燃机。控制器150还被设置为确定磁极转子角，并根据磁极转子角确定内燃机的曲轴的旋转角度位置。为此目的，所述控制器150尤其在程序技术上被设立用于执行根据本发明的方法的一种优选的实施方式，下面参照图2到6对所述方法进行解释。
在该方法的范围内，借助于理论模型对由电机110、整流器和电压调节器电路120以及电池130组成的系统100进行描述。为此目的，将借助于等效电路图有利地描述系统100。在图2中示意性地示出了图1的系统100的这种等效电路图并且用200表示。
在该等效电路图200中，电机210近似为理想电压源211，线圈212和电阻213以串联的方式后置于所述电机，所述线圈和电阻表示电机110的绕组的电感L和内部电阻R。
Ui在此代表理想电压源211的理想条件下所感应出的电压，UL代表线圈212上的电压降，并且UR代表电阻213上的电压降。
在整流器和电压调节器电路220中，可以通过选择模型的Ubat/Ureg的电压来表示经由MOSFET 130实现的短路，其中Ureg是短路电压。代替电池电压Ubat，由此特别是选择较低的电压，该电压表示MOSFET 130上的电压降。如果使用非起开关作用的，而是线性工作的电压调节器，则可以假定为恒定电压Ubat/Ureg。
二极管121至126例如可以被认为是理想开关。为了考虑到二极管上的电压降，可以将该电压降添加到值Ubat/Ureg。对于功率二极管，例如可以假设每个二极管的电压降约为1V。因此通常向电压Ubat/Ureg添加在整流器220的二极管上的2V电压降（在具有相应高电流的分支的每个功率二极管中大约为1V电压降）。
图3示出了具有根据等效电路图200的电机110的信号的示意性的时间上的变化曲线的曲线图300。
曲线310示意性地示出了理想电压源211的理想情况下感应出的电压Ui（t）。相反，曲线320示出了电机110的输出端上的实际输出电压Uout（t），并且曲线330示出了电机110的输出端上的相关联的实际输出电流i（t）。电机110的输出电压Uout（t）受到整流器之后的电池的限制。由此产生如下实际输出电压Uout（t），可以通过矩形信号曲线来近似所述实际输出电压。
输出电压Uout（t）320的过零点（在此对应于上升边沿和下降边沿）或者输出电流i（t）330的相应过零点代表相应信号的特征值，所述特征值分别在电机110的转子每转中出现至少一次。
在图3中将输出电压Uout（t）的上升边沿或输出电流i（t）的上升过零点出现时的时间点标记为tn。将输出电压Uout（t）的下降边沿或输出电流i（t）的下降过零点出现时的时间点标记为tn+1。
Δt描述了两个时间点tn和tn+1之间的时间间隔，进而描述电机110的这些信号320、330的两个特征值之间的时间间隔。
ωn和ωn+1分别表示电机110在时间点tn或tn+1，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure DEST_PATH_IMAGE035
的电气的角速度，并且分别表示电机110在时间点tn或tn+1的电气的磁极转子角。
机械的角速度以及机械的磁极转子角，即关于电机110的轴的参量，通过将电气参量除以电机110的极对数p而获得。
如由图3可以看出的那样，磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE037
代表理想条件下所感应出的电压Ui（t）和实际输出电压Uout（t）或相关的电流变化曲线i（t）之间的角度偏移。
Figure DEST_PATH_IMAGE039
对应于理想条件下所感应出的电压Ui（t）310的第一过零点与电流i（t）330的紧随其后的上升过零点或实际输出电压Uout（t）320的上升边沿之间的角度。
Figure DEST_PATH_IMAGE041
分别对应于理想条件下所感应出的电压Ui（t）310的第二下降过零点与电流i（t）330的紧随其后的下降过零点或输出电压Uout（t）320的下降边沿之间的角度。
电气的或机械的角速度由电流i（t）330的两个过零点或输出电压Uout（t）320的两个边沿之间的时间以及在其之间扫过的电气的或机械的角度产生。基于机械的角速度的旋转频率（f=ωmech/（2Π））也称为发电机轴或曲轴的转速n。所扫过的角度由两个信号边沿的电气的角度间距（180°）或机械的角度间距（180°/p）以及电气的或机械的磁极转子角的在其间所出现的变化引起。
为了在本方法的范围内借助于理论模型来确定磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，用以下方程来描述图2的等效电路图200：
Figure DEST_PATH_IMAGE045
。
通过该方程的移项，获得以下微分方程，该微分方程描述系统100的等效电路图200：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
。
通过求解该微分方程得到用于计算时间上的电流变化曲线i（t）的计算规则。
根据图3所示的电流变化曲线，由电流i（t）330的变化曲线和理想电压Ui（t）310的基本的变化曲线来确定磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE048
作为这两个信号的相位偏移。根据所确定的磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE048A
，又求取发电机轴的转速或角速度，并且最终确定内燃机的曲轴的旋转角度位置。
通过近似或假设为能忽略不计地小的参量，可以简化理论模型，从而简化上述微分方程。特别地，因此可以减少边界条件和输入参量的数量以及模型和磁极转子角确定的复杂性，这将在下面参考图4至图6进行说明。
图4作为框图示意性地示出了按照根据本发明方法的一种优选的实施方式的系统100或等效电路图200的理论模型400。
在这种情况下，电机110的内部电阻R被认为与电感L相比可以忽略不计地小，因此省略在上述微分方程式中的项UR（t）或R*i（t）。此外，假设转速在所考虑的时间段Δt中是恒定的，并且假设在所考虑的时间段Δt中，在这之前的足够长的时间内都没有进行电压调节器120的状态改变，因此也假设Ureg是恒定的。
在这种情况下，为理论模型400预先给定电机110的电感L作为第一边界条件411，并且预先给定理想空载电压Ui0作为第二边界条件412。
预先给定实际输出电压Uout（t）320的两个边沿之间的时间差Δt作为第一输入参量421。作为第二输入参量422，电压Ubat被输送给电池140，并且作为第三输入参量423是整流器和电压调节器电路120的MOSFET 130上的短路电压Ureg。
作为理论模型400的输出参量431，磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE043A
作为这些边界条件411、412和这些输入参量421、422、423的函数得到确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE050
。
为了计算磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE043AA
，将由上述微分方程在考虑到所确立的简化的情况下得出的用于电流变化曲线的数学方程设为零，因为由此可以确定电流的过零点的出现时间点。通过假设恒定的转速，由此针对磁极转子角得到以下计算规则：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
。
Ur在此根据输出电压Uout是刚好等于Ubat还是Ureg来得到。
图5作为框图示意性地示出了按照根据本发明的方法的另一种优选的实施方式的系统100或等效电路200的理论模型500。
在该示例中，不忽略电机的内部电阻R，从而将该内部电阻R作为另一边界条件511输送给模型500。其余边界条件411、412和输入参量421、422、423类似于图4的示例被输送给所述模型。
作为理论模型500的输出参量531，磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE054
还作为内部电阻的函数来得到确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
。
为了计算磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE054A
，将由上述微分方程在考虑到所确立的简化的情况下得出的用于电流变化曲线的数学方程设为零：
Figure DEST_PATH_IMAGE058
。
A、B、C和D在此是取决于R、L、U i0 、ω、U reg 和U bat 的函数。ω代表角速度并且特别是在假定为恒定的转速的情况下得出：
Figure DEST_PATH_IMAGE060
。
用于电流变化曲线的过零点的能够通过方程所确定的出现时间点t 1 同时表示理想情况下所感应出的电压的自上次的过零点以来所经历的时间，因为其根据对于微分方程的确定在时间点t=0出现。
由过零点和时间Δt之间的时间尤其能够根据电气的磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE054AA
的以下公式来计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
。
机械的磁极转子角关于电机的轴尤其是通过将电气的磁极转子角除以极对数p
Figure DEST_PATH_IMAGE064
来获得。
在图6中作为框图示意性地示出了按照根据本发明的方法的另一种优选的实施方式的系统100或等效电路200的另一个理论模型600。
如果以下假设之一不适用，即电压调节器120的转速和/或状态是恒定的，则这对磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE065
有影响。在由电压调节器干预引起的高转速动态或电气的稳态过程的范围内，可以考虑其影响。
此外在这种情况下，可以借助于理论模型来确定理想电压源211的角速度ω以及输出电压U out （t）320的特征值或信号边沿所出现的时间点t，并将其作为输入参量进行回引。
图6a示例性地示出了在初始计算步骤中利用相应的理论模型600进行相应算法的初始化的情况。
为此目的，在模型中估计或近似确定输出电压U out （t）320的第一边沿出现的初始时间点t 0 作为另外的第一输入参量621，确定理想电压源211的初始角速度ω 0 作为另外的第二输入参量622，并且确定初始的磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE067
作为另外的第三输入参量623。
确定输出电压U out （t）320的当前边沿的时间点t n 作为模型600的第一输出参量631，确定理想电压源211的当前角速度ω n 作为第二输出参量632，并且确定当前磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE069
作为第三输出参量633。
在图6b中示例性地示出，在当前计算步骤中针对时间点t n ，当前角速度ω n 和当前磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE069A
所确定的值如何作为输入参量回引给随后的计算步骤。
因此，借助于理论模型600，在当前迭代步的过程中进一步根据在前一步中所确定的针对角速度ω n ，输出电压边沿的出现时间点t n 和磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE069AA
所确定的值来确定磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE054AAA
：
Figure DEST_PATH_IMAGE071
。
由于不再假定恒定的转速，因此必须在时间点t n 和t n+1 处的转速之间进行区分。
同样，针对这些时间点得出不同的磁极转子角
Figure DEST_PATH_IMAGE069AAA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE073
。这两个值之间的差由
Figure DEST_PATH_IMAGE075
表示。
如果像前面的情况一样，将上述微分方程的解设为零，则磁极转子角差
Figure DEST_PATH_IMAGE075A
由以下方程得出：
Figure DEST_PATH_IMAGE077
。
E、F、H、G、I和J在此特别是取决于R、L、U i0 、ω、
Figure DEST_PATH_IMAGE075AA
、U reg 和U bat 的函数。
从方程中可以看出，只能针对已知的t 1 和ω 1 、即针对能够由上次的计算过程得出的、电流过零点的已知的时间点t n 和已知的角速度ω n 来计算出解。因此，在此特别需要如图6b所示的迭代式的算法结构。
由
Figure DEST_PATH_IMAGE075AAA
尤其得出以下另外的参量：
Figure DEST_PATH_IMAGE079
。
然后将根据上述方法之一所确定的曲轴的旋转角度位置特别用于控制内燃机，其中根据所确定的旋转角度位置来确定例如喷射时间点、点火时间点和上止点，以及计算并实施基于转速和位置的控制功能。

Claims (15)

1.一种用于确定内燃机的曲轴的旋转角度位置的方法，该内燃机直接或变速地与包括转子和定子的电机（110）耦联，该电机之后是整流器和电压调节器电路（120）以及电池（140），其中，所述电机（110）的至少一个信号（320、330）分别具有一个或多个特征值，所述特征值分别在转子的每转中出现至少一次，
其特征在于，
借助于理论模型（400、500、600）来描述由电机（110）、整流器和电压调节器电路（120）以及电池（140）组成的系统，
预先给定所述电机（110）的电感（411）和所述电机（110）的理论空载电压（412）作为用于所述理论模型（400、500、600）的边界条件，
预先给定所述电机（110）的至少一个信号（320、330）的两个特征值之间的时间差（Δt、421）的、所述电池（140）的电压（422）的和所述整流器和电压调节器电路（120）的短路电压（423）的当前值作为用于所述理论模型（400、500、600）的输入参量，
借助于所述理论模型（400、500、600）根据所述边界条件（411、412）和输入参量（421、422、423）来确定磁极转子角（431、531、633）并根据所述磁极转子角（431、531、633）来确定曲轴的旋转角度位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中预先给定所述电机（110）的至少一个信号（320）的两个过零点之间的、特别是所述电机（110）的输出电压（320）的两个过零点之间的时间差（Δt、421）的当前值作为输入参量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述磁极转子角（431、531、633）通过借助于所述理论模型（400、500、600）来确定在所述电机（110）的输出端上的电流（330）的变化曲线来得到确定，并且所述磁极转子角（431、531、633）被确定为所述电流（330）的这条变化曲线与所述电机（110）的理想条件下所感应出的电压（310）之间的角度偏移。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定如下微分方程作为理论模型（400、500、600），该微分方程描述由电机（110）、整流器和电压调节器电路（120）和电池（140）组成的系统（100）的等效电路图（200）。
5.根据权利要求3和4所述的方法，其中，确定所述电机（110）的输出端上的电流（330）的变化曲线作为所述微分方程的解。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，此外将所述电机（110）的内部电阻（511）预先给定为用于所述理论模型（500、600）的边界条件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中另外借助于所述理论模型（500、600），来确定所述电机（110）的理想电压源（211）的角速度（632）和所述电机（110）的至少一个信号（320）的特征值的时间点（631）。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述电机（110）的理想电压源（211）的角速度（632）、所述至少一个信号（320）的特征值的时间点（631）和所述磁极转子角（631）作为输入参量回引给所述理论模型（600）。
9.根据权利要求7和8所述的方法，其中针对初始的计算步骤，将所述电机（110）的理想电压源（211）的初始角速度（622）、所述至少一个信号（320）的特征值的初始时间点（621）和初始的磁极转子角（623）估计或近似确定为所述理论模型（600）的输入参量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，另外将压力、特别是环境压力和/或温度、特别是环境温度和/或内燃机的温度预先给定为用于所述理论模型（400、500、600）的输入参量。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述磁极转子角（431、531、633）并且另外根据皮带的滑移来确定所述曲轴的旋转角度位置。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述内燃机根据所述曲轴的所确定的旋转角度位置来运行。
13.计算单元（150），其被设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的所有方法步骤。
14.计算机程序，当其在计算单元上被实施时，其促使计算单元（150）执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法的所有方法步骤。
15.能够机读的存储介质，所述存储介质带有存储在其上的根据权利要求14所述的计算机程序。
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