DE102016201958A1 - Determining an operating state of an electric machine coupled to an internal combustion engine - Google Patents

Determining an operating state of an electric machine coupled to an internal combustion engine Download PDF

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Christoph Knobelspies
Fabio Magini
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Freilaufphasen (PhFl) einer mit einem Freilauf (11) an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114), die die Schritte Erfassen eines zeitlichen Verlaufs eines Phasensignal (121) der elektrischen Maschine (114), Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs einer Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) aus dem Phasensignal (121) und Ermitteln zumindest einer Freilaufphase (PhFl) durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) zumindest im Zeitbereich einer abfallenden Flanke (124) einer oszillierenden Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine (114) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Recheneinheit (118), die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein entsprechendes Computerprogramm.The invention relates to a method for determining free-wheeling phases (Ph Fl ) of an electric machine (114) coupled to a freewheel (11) to an internal combustion engine (112), comprising the steps of detecting a time profile of a phase signal (121) of the electric machine (114 Determining a time profile of a rotational speed (122) of the electric machine (114) from the phase signal (121) and determining at least one freewheeling phase (Ph Fl ) by evaluating the time change of the rotational speed (122) of the electric machine (114) at least in Time range of a falling edge (124) of an oscillating speed oscillation of the electric machine (114). Furthermore, the invention relates to a corresponding computing unit (118), which is set up to carry out the method, and to a corresponding computer program.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Freilaufphasen einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine, sowie eine Recheneinheit, vorzugsweise einem Regler für eine elektrische Maschine, und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for determining freewheeling phases of an electric machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine, as well as a computing unit, preferably a controller for an electrical machine, and a computer program for its implementation.

Stand der TechnikState of the art

Zur Regelung der Bordnetzspannung in Fahrzeugen, können elektrische Maschinen, insbesondere fremderregte elektrische Maschinen, verwendet werden. Diese weisen einen Regler auf, der in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung den Erregerstrom der elektrischen Maschine regelt. Die elektrische Maschine ist mit einem Koppelelement, typischerweise mit einem Riementrieb, an die Brennkraftmaschine angekoppelt, wobei das Koppelelement sowohl von der Brennkraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine – abhängig vom jeweiligen Betriebszustand – mit unterschiedlichen Drehmomenten beaufschlagt wird. Zur Schonung des Riemens weist die elektrische Maschine typischerweise ein Freilaufelement auf, um die durch die Drehmomentbeaufschlagung der elektrischen Maschine bzw. der Brennkraftmaschine bewirkte Abreibung des Riementriebs zu reduzieren.To regulate the vehicle electrical system voltage in vehicles, electrical machines, in particular externally excited electrical machines, can be used. These have a controller which regulates the excitation current of the electric machine as a function of the vehicle electrical system voltage. The electric machine is coupled with a coupling element, typically with a belt drive, to the internal combustion engine, wherein the coupling element is acted upon by both the internal combustion engine and the electric machine - depending on the respective operating state - with different torques. To protect the belt, the electric machine typically has a freewheeling element in order to reduce the abrasion of the belt drive caused by the application of torque to the electric machine or the internal combustion engine.

Die elektrische Maschine kann somit Freilaufphasen aufweisen, bei denen das Freilaufelement aktiv und somit die elektrische Maschine von der Brennkraftmaschine entkoppelt ist. Das Freilaufelement ist insbesondere dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine größer ist als die der Brennkraftmaschine. Eine genaue Kenntnis der Freilaufphasen ist von vielfältigem Interesse und eine Ermittlung dieser Freilaufphasen ist oft nur sehr ungenau und zudem mit erheblichem Aufwand verbunden.The electric machine can thus have freewheeling phases in which the freewheeling element is active and thus the electric machine is decoupled from the internal combustion engine. The freewheeling element is particularly active when the rotational speed of the electric machine is greater than that of the internal combustion engine. An exact knowledge of the freewheeling phases is of manifold interest and a determination of these freewheeling phases is often only very inaccurate and also associated with considerable effort.

Ist nachfolgend allgemein von einer elektrischen Maschine die Rede, kann es sich hierbei auch um eine generatorisch und/oder motorisch betreibbare elektrische Maschine handeln, beispielsweise um einen sogenannten Startergenerator.If an electrical machine is generally referred to below, this can also be an electric machine which can be operated as a generator and / or motor, for example a so-called starter generator.

Es wäre daher vorteilhaft, die Freilaufphasen der elektrischen Maschine auf einfachem Wege und mit größerer Genauigkeit ermitteln zu können.It would therefore be advantageous to be able to determine the freewheeling phases of the electric machine in a simple way and with greater accuracy.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es werden ein Verfahren zum Ermitteln eines Freilaufphasen aufweisenden Betriebszustands einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.A method is proposed for determining an operating state of a freewheeling state coupled to a freewheel to an internal combustion engine and a computer unit and a computer program for carrying it out with the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das Verfahren dient zur Ermittlung von Freilaufphasen einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine. Die ermittelten Freilaufphasen können insbesondere zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine herangezogen werden. Es versteht sich jedoch, dass auch Betriebszustände der elektrischen Maschine mittels des Verfahrens ermittelt werden können, bei denen gerade keine Freilaufphasen vorliegen.The method is used to determine freewheeling phases of a coupled to a freewheel to an internal combustion engine electric machine. The determined freewheeling phases can be used in particular for determining a deceleration torque of an electric machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine. It goes without saying, however, that operating states of the electric machine can also be determined by means of the method in which no free-wheeling phases are present.

Die elektrische Maschine kann durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei die elektrische Maschine mit der Brennkraftmaschine über einen Freilauf und einen daran angreifenden Riementrieb miteinander gekoppelt sind. Durch die Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine kann, je nach Betriebszustand der elektrischen Maschine, von der Brennkraftmaschine Drehmoment auf die elektrische Maschine übertragen werden. The electric machine can be driven by the internal combustion engine, wherein the electric machine with the internal combustion engine via a freewheel and an engaging belt drive are coupled together. Due to the coupling between the electric machine and the internal combustion engine, depending on the operating state of the electric machine, torque can be transmitted to the electric machine by the internal combustion engine.

Seitens der elektrischen Maschine steht dem Drehmoment der Brennkraftmaschine ein Verzögerungsmoment entgegen, das insbesondere im Leerlaufzustand überwunden werden sollte, um den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht zu beinträchtigen.On the part of the electric machine, the torque of the internal combustion engine is counteracted by a deceleration moment, which should be overcome, in particular in the idling state, in order not to impair the operation of the internal combustion engine.

Eine möglichst genaue Kenntnis des durch eine elektrische Maschine aufgenommenen Drehmoments, ist daher grundsätzlich von allgemeinem Interesse, insbesondere um eine Steuerung einer die elektrische Maschine antreibende Brennkraftmaschine entsprechend zu regeln. Die Kenntnis dieser Drehmomentaufnahme der elektrischen Maschine, ist jedoch auch von speziellem Interesse, insbesondre dann, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem regelungstechnisch gesehen kritischen Betriebszustand, wie zum Beispiel dem Leerlaufzustand befindet. Im Leerlaufzustand kann das durch die elektrische Maschine aufgenommene Drehmoment in Spitzen sehr hohe Werte annehmen, wobei die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine, bzw. das hiermit verbundene Drehmoment eher gering bzw. schwankend ist, was erhebliche Drehzahlinstabilitäten der Brennkraftmaschine zur Folge haben kann. Im Extremfall kann dies sogar dazu führen, dass der Generator mit seinem Drehmoment die Verbrennungsmaschine ‚abwürgt‘, also die Drehung der Brennkraftmaschine zum Erliegen bringt. Dies hängt damit zusammen, dass der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nur pulsartig abgibt, also jeweils in den Arbeitstakten. In den Zwischenphasen kann der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nicht steuern.The most accurate possible knowledge of the torque absorbed by an electric machine is therefore generally of general interest, in particular in order to regulate accordingly a control of an internal combustion engine driving the electric machine. The knowledge of this torque absorption of the electric machine, however, is also of special interest, in particular when the internal combustion engine is in a control-critical operating condition, such as the idle state. In the idle state, the torque absorbed by the electric machine in tips can assume very high values, the power output of the internal combustion engine or the associated torque being rather small or fluctuating, which can result in considerable speed instabilities of the internal combustion engine. In extreme cases, this can even lead to the generator with its torque, the combustion engine, 'stalled', that brings the rotation of the engine to a halt. This is due to the fact that the engine only outputs its torque pulse-like, ie in each of the Work cycles. In the intermediate phases, the internal combustion engine can not control its torque.

Es wurde erkannt, dass zur exakten Ermittlung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine es jedoch erforderlich ist, den Drehmomentbeitrag der Brennkraftmaschine entsprechend zu separieren. Dies ist insbesondere in den Freilaufphasen, in denen der Freilauf aktiv ist, gegeben. Der Freilauf ist dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine, unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses zwischen elektrischer Maschine und Brennkraftmaschine, die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine übersteigt.It has been recognized that for the exact determination of the deceleration torque of the electric machine, however, it is necessary to appropriately separate the torque contribution of the internal combustion engine. This is especially in the freewheeling phases in which the freewheel is active, given. The freewheeling is active when the rotational speed of the electric machine, taking into account the transmission ratio between the electric machine and the internal combustion engine, exceeds the crankshaft speed of the internal combustion engine.

Um die Freilaufphasen des Freilaufs zu ermitteln, wird ein zeitlicher Verlauf eines Phasensignals der elektrischen Maschine erfasst und auf Basis des Phasensignals ein zeitlicher Verlauf einer Drehzahl der elektrischen Maschine ermittelt. Das Phasensignal der elektrischen Maschine umfasst hierbei insbesondere zumindest eine der Phasenspannungen und/oder zumindest einen der Phasenströme der elektrischen Maschine. Die Heranziehung des Phasensignals zur Ermittlung der Drehzahl ist vorteilhaft, da die Drehzahl direkt aus bereits in der elektrischen Maschine zur Verfügung stehenden Messgrößen ermittelt werden kann, ohne dass hierzu ein weiterer Sensor, beispielsweise ein Drehzahlsensor, benötigt wird, der die Drehzahl der elektrischen Maschine bestimmt.In order to determine the freewheeling phases of the freewheel, a time profile of a phase signal of the electric machine is detected and based on the phase signal, a time profile of a rotational speed of the electrical machine is determined. In this case, the phase signal of the electrical machine in particular comprises at least one of the phase voltages and / or at least one of the phase currents of the electrical machine. The use of the phase signal for determining the rotational speed is advantageous since the rotational speed can be determined directly from measured variables already available in the electrical machine, without requiring a further sensor, for example a rotational speed sensor, which determines the rotational speed of the electrical machine ,

Im Anschluss wird zumindest eine Freilaufphase durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine, zumindest im Zeitbereich einer abfallenden Flanke einer oszillierenden Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine, ermittelt.Subsequently, at least one freewheeling phase is determined by evaluating the time change of the rotational speed of the electric machine, at least in the time range of a falling edge of an oscillating speed oscillation of the electric machine.

Die Brennkraftmaschine gibt ihr jeweiliges Drehmoment, bedingt durch die Arbeitstakte der einzelnen Zylinder, impulsartig an die Kurbelwelle ab. Die Frequenz der Drehmomentabgabe wird im Wesentlichen durch die aktuelle Drehzahl und die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, bestimmt. Durch die Kopplung der elektrischen Maschine mittels eines Riementriebs und eines Freilaufs an die Welle der Brennkraftmaschine, wird die Frequenz der impulsartigen Drehmomentabgabe in die elektrische Maschine derart eingekoppelt, dass sich diese als dem mittleren Drehzahlsignal überlagerten Oszillationen widerspiegeln. Diese Oszillationen werden bei aktivem Freilauf entsprechend durch das Einsetzen des Freilaufs unterbrochen. Dies ist insbesondere in Zeitbereichen, bei denen der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine Drehzahlflanken mit fallender Steigung aufweist, gegeben. Durch eine Auswertung der zeitlichen Änderung der Drehzahl im Zeitbereich der abfallenden Flanken der Drehzahl lassen sich somit die Freilaufphasen sicher und besonders einfach erkennen. The internal combustion engine gives its respective torque, due to the working cycles of the individual cylinders, impulsively to the crankshaft. The frequency of the torque output is essentially determined by the current speed and the number of cylinders of the internal combustion engine, in particular an internal combustion engine. By coupling the electric machine by means of a belt drive and a freewheel to the shaft of the internal combustion engine, the frequency of the pulse-like torque output is coupled into the electric machine such that they are reflected as the average speed signal superimposed oscillations. These oscillations are interrupted in active freewheeling accordingly by the onset of the freewheel. This is given in particular in time ranges in which the speed curve of the electric machine has speed slopes with decreasing slope. By evaluating the time change of the rotational speed in the time range of the falling edges of the rotational speed, the freewheeling phases can thus be detected reliably and particularly easily.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl der elektrischen Maschine eine das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgröße derart verändert wird, um den Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine zu variieren, wobei dann auf eine Freilaufphase geschlossen wird, wenn eine abfallende Flanke einer oszillierenden Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine von der das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße abhängig ist. Auf die zuvor beschriebene Art und Weise kann das Vorliegen einer Freilaufphase auf besonders einfache Art und Weise erkannt werden, da die Drehzahl der elektrische Maschine in einem von der Brennkraftmaschine entkoppelt Betriebszustand (Freilaufzustand) besonders sensitiv auf Änderungen des Verzögerungsmoments reagiert. Die Amplitude der das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße ist jedoch so zu wählen, dass der Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine, insbesondere im Freilaufzustand, nicht nennenswert gestört wird. Die hieraus resultierende Drehzahländerung ist in einer Freilaufphase der elektrischen Maschine besonders gut ermittelbar.In a preferred embodiment, it is provided that before detecting the time course of the rotational speed of the electric machine, a delay variable influencing the manipulated variable is varied to vary the speed curve of the electric machine, which is then closed on a freewheeling phase when a falling edge of a oscillating speed oscillation of the electric machine is dependent on the delay torque influencing the manipulated variable. In the manner described above, the presence of a freewheeling phase can be detected in a particularly simple manner, since the rotational speed of the electric machine in a decoupled from the internal combustion engine operating state (freewheeling state) reacts particularly sensitive to changes in the deceleration torque. However, the amplitude of the torque influencing the deceleration torque is to be chosen so that the speed curve of the internal combustion engine, especially in the freewheeling state, is not disturbed appreciably. The resulting speed change is particularly well determined in a freewheeling phase of the electric machine.

Es ist weiter bevorzugt, dass die Veränderung der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße, insbesondere eines Erregerstroms, getaktet erfolgt. Die getaktete Beeinflussung des Erregerstroms, als eine das Verzögerung Moment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße ist vorliegend besonders bevorzugt, da eine derartige Veränderung besonders einfach umsetzbar ist. Eine getaktet Beaufschlagung der elektrischen Maschine mit einer Änderung des Erregerstroms ist besonders vorteilhaft, da hierdurch der Drehzahl der elektrischen Maschine ein “Störsignal“ eindeutiger und charakteristischer Signatur überlagert werden kann, wodurch anhand der Signatur die Freilaufzustände der elektrischen Maschine besonders einfach ermittelbar sind. It is further preferred that the change in the manipulated variable influencing the deceleration torque of the electrical machine, in particular an exciter current, takes place in a clocked manner. The pulsed influencing of the exciter current, as a manipulating variable influencing the deceleration torque of the electrical machine, is especially preferred in the present case, since such a change can be implemented particularly easily. A pulsed loading of the electrical machine with a change of the excitation current is particularly advantageous, since this the rotational speed of the electric machine can be superimposed on a "disturbance signal" unique and characteristic signature, whereby the freewheeling states of the electrical machine are particularly easy to determine based on the signature.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Taktfrequenz größer, vorzugsweise mindestens um den Faktor zwei, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor vier größer als eine Frequenz der oszillierenden Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine bzw. der in die elektrische Maschine eingekoppelte Drehzahlschwankung. Durch die Wahl des Abtastsignals als Vielfaches des abzutastenden Signals ist sichergestellt, dass eine ausreichend gute Auflösung der zeitlichen Lage der Freilaufzustände bzw. Freilaufphasen gegeben ist.In a further preferred embodiment, the clock frequency is greater, preferably at least by a factor of two, more preferably at least by a factor of four greater than a frequency of the oscillating speed fluctuations of the internal combustion engine or the speed fluctuation coupled into the electric machine. The choice of the sampling signal as a multiple of the signal to be sampled ensures that a sufficiently good resolution of the temporal position of the freewheeling states or freewheeling phases is given.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die betragsmäßige Variation der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße in einem Wertebereich mit einem unteren Schwellwert und einem oberen Schwellwert geregelt, wobei der untere Schwellwert durch eine Detektionsschwelle der durch die Variation bewirkten Drehzahlschwankungen der elektrischen Maschine gegeben ist und der obere Schwellwert derart bestimmt ist, dass die hierdurch verursachte Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine unterhalb einer Toleranzschwelle liegt. In a further preferred embodiment of the method, the magnitude variation of the deceleration torque of the electric Controlled control variable in a range of values with a lower threshold and an upper threshold, wherein the lower threshold is given by a detection threshold caused by the variation in speed fluctuations of the electric machine and the upper threshold is determined such that the thereby caused change in the speed electric machine is below a tolerance threshold.

Die Detektionsschwelle ist vorliegend die Schwelle, bei der die Amplitude bzw. der Betrag der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße so groß ist, dass diese Störung, unter normalen Umständen, im Drehzahlsignal detektierbar ist. Die Toleranzschwelle wird vorliegend derart festgelegt, dass die Amplitude bzw. der Betrag der das Verzögerung Moment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße höchstens so groß ist, dass die Brennkraftmaschine und oder das Bordnetz, insbesondere die Spannung des Bordnetzes, nicht nennenswert gestört werden. Durch die zuvor beschriebene Maßnahme kann eine sinnvolle betragsmäßige Größe der das Verzögerung Moment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße gewählt werden, die auf der einen Seite gut detektierbar und auf der anderen Seite einen möglichst geringen Einfluss auf die Brennkraftmaschine und auf das Bordnetz hat. Dies zuvor beschriebene Kriterium ist insbesondere dann erfüllt, wenn die Änderung der Drehzahl, die durch eine Änderung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine bewirkt wird, im Vergleich zu den Drehzahlschwankungen, die durch die Brennkraftmaschine vermittelt werden, sehr klein ist, vorzugsweise mindestens um den Faktor zwei, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor vier kleiner ist. Die maßgebliche Messgröße für die zuvor beschriebene Änderung der Drehzahl ist die Amplitude bzw. deren Betrag.In the present case, the detection threshold is the threshold at which the amplitude or the magnitude of the manipulated variable influencing the deceleration torque of the electrical machine is so great that this disturbance, under normal circumstances, can be detected in the rotational speed signal. In the present case, the tolerance threshold is determined in such a way that the amplitude or the amount of the manipulated variable influencing the deceleration torque of the electrical machine is at most so great that the internal combustion engine and / or the vehicle electrical system, in particular the voltage of the vehicle electrical system, are not appreciably disturbed. By the measure described above, a meaningful amount of magnitude of the delay moment of the electrical machine influencing manipulated variable can be selected, which has on the one hand well detectable and on the other hand the least possible impact on the engine and on the electrical system. This criterion described above is fulfilled in particular when the change in the rotational speed, which is caused by a change in the deceleration torque of the electric machine, compared to the speed fluctuations, which are mediated by the internal combustion engine, is very small, preferably at least by a factor of two , more preferably at least four times smaller. The relevant measure for the above-described change in the speed is the amplitude or its amount.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Freilaufphase der elektrischen Maschine durch Erfassen eines Zeitintervalls der Drehzahl aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl und Erfassen eines für den Freilaufzustand charakteristischen Verlaufs der Drehzahl der elektrischen Maschine ermittelt, wobei das Zeitintervall ein Drehzahlmaximum, ein Drehzahlminimum und eine zwischen Drehzahlmaximum und Drehzahlminimum angeordnete abfallende Flanke der Drehzahl aufweist. In a further preferred embodiment of the invention, the freewheeling phase of the electric machine is determined by detecting a time interval of the rotational speed from the time profile of the rotational speed and detecting a characteristic of the freewheeling state curve of the rotational speed of the electric machine, wherein the time interval is a maximum speed, a minimum speed and a has falling edge of the speed arranged between the maximum speed and minimum speed.

Eine Freilaufphase kann anhand des Gradienten der abfallenden Flanke der Drehzahl (zeitliche Änderung bzw. Steigung) der elektrischen Maschine ermittelt werden. Dieser Gradient hängt maßgeblich vom Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine ab. Bei Kenntnis des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine kann direkt auf den Gradienten der Drehzahl der elektrischen Maschine in einem ungestörten, von der Brennkraftmaschine entkoppelten Zustand, geschlossen werden.A freewheeling phase can be determined on the basis of the gradient of the falling edge of the rotational speed (time change or gradient) of the electrical machine. This gradient largely depends on the deceleration torque of the electrical machine. With knowledge of the deceleration torque of the electric machine can be directly on the gradient of the rotational speed of the electric machine in an undisturbed, decoupled from the internal combustion engine state closed.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Zeitintervall derart gewählt, dass dieses zusätzlich noch eine aufsteigende Flanke der Drehzahl aufweist, wobei die Freilaufphase durch Vergleich der aufsteigenden Flanke der Drehzahl und der absteigenden Flanke der Drehzahl ermittelt wird. Bei der aufsteigenden Flanke ist die elektrische Maschine in der Regel mit der Brennkraftmaschine zwangsgekoppelt. Mit der Zwangskopplung assoziiert ist somit eine festgelegte Steigung bzw. ein festgelegter Gradient der Drehzahl der elektrischen Maschine. Dieser Gradient bei einer aufsteigenden Flanke der Drehzahl entspricht in etwa dem betragsmäßig gleichen Gradienten, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, im Bereich der abfallenden Flanke der Drehzahl, sofern die elektrische Maschine auch im Bereich der abfallenden Flanke mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Ist dies nicht der Fall, ergibt sich bei der Steigung bzw. dem Gradienten der aufsteigenden und abfallenden Flanke der Drehzahl ein signifikanter Unterschied, wodurch ebenfalls auf das Vorliegen eines Freilaufzustands geschlossen werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, the time interval is selected such that this additionally has an ascending edge of the rotational speed, wherein the freewheeling phase is determined by comparing the rising edge of the rotational speed and the descending edge of the rotational speed. At the rising edge of the electric machine is usually forcibly coupled to the engine. Associated with the forced coupling is thus a fixed slope or a fixed gradient of the rotational speed of the electric machine. This gradient at a rising edge of the rotational speed corresponds approximately to the magnitude of the same gradient, but with the opposite sign, in the region of the falling edge of the rotational speed, provided that the electric machine is also coupled in the region of the falling edge with the internal combustion engine. If this is not the case, there is a significant difference in the gradient or gradient of the ascending and descending edge of the rotational speed, which also makes it possible to conclude that a freewheeling state is present.

Somit kann bei Erkennen einer Freilaufphase deren zeitliche Dauer durch Analyse der Drehzahl, insbesondere der Analyse der abfallenden Bereiche der Drehzahl, ermittelt werden. Die Freilaufphasen treten in Zeitbereichen der Drehzahl auf, bei denen der Gradient der Drehzahl eine negative Steigung aufweist. Durch zeitliche Lokalisierung dieser Drehzahlbereiche „negativer“ Steigung bzw. abfallender Drehzahlflanken, kann die exakte zeitliche Position und/oder die Dauer der Freilaufphasen noch genauer ermittelt werden. Gleichermaßen können die Antriebsphasen, in denen die elektrische Maschine durch die Brennkraftmaschine getrieben wird, in den Zeitbereichen mit ansteigenden Drehzahlflanken zeitlich lokalisiert werden.Thus, upon detection of a freewheeling phase, its time duration can be determined by analyzing the rotational speed, in particular the analysis of the sloping regions of the rotational speed. The freewheeling phases occur in time ranges of the rotational speed at which the gradient of the rotational speed has a negative slope. By temporal localization of these speed ranges "negative" slope or falling speed edges, the exact time position and / or the duration of the freewheeling phases can be determined more accurately. Similarly, the drive phases in which the electric machine is driven by the internal combustion engine can be localized in time with rising speed edges.

Es versteht sich, dass die Ermittlung des Freilaufzustands bzw. der Freilaufphase basierend auf der Analyse des charakteristischen Verlaufs der abfallenden Flanke, durch den Vergleich von aufsteigender und abfallender Flanke sowie durch die Beeinflussung der abfallenden Flanke der Drehzahl mit einer das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße alternativ oder kumulativ verwendbar sind und jeweilige Verwendungsformen entsprechende Vorteile bieten. Bei einer Kombination der zuvor beschriebenen Maßnahmen, können diese in beliebiger Form miteinander kombiniert werden, wodurch sich entsprechende Vorteile im Hinblick auf eine besonders einfache Umsetzbarkeit bzw. einem Abgleich und einer Bestimmung einer Freilaufphase auf unterschiedlicher Datengrundlage (Redundanz), ergeben.It is understood that the determination of the freewheeling state or the freewheeling phase based on the analysis of the characteristic curve of the falling edge, by the comparison of rising and falling edge and by influencing the falling edge of the speed with a delay moment of the electrical machine influencing control variable can be used alternatively or cumulatively and provide respective benefits corresponding benefits. In a combination of the measures described above, they can be combined with each other in any form, resulting in corresponding advantages in terms of a particularly simple feasibility or a comparison and a determination of a freewheeling phase on different data basis (redundancy), respectively.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung manifestiert sich in einer Recheneinheit, insbesondere eines Reglers für eine elektrische Maschine, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß der vorstehenden Ausführungen auszuführen. A further advantageous embodiment of the invention manifests itself in a computing unit, in particular a controller for an electrical machine, which is set up to carry out a method according to the above statements.

Zudem ergeben sich weitere Vorteile in der Verwendung eines Computerprogramms, das die Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ausführungen durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.In addition, further advantages result in the use of a computer program which causes the arithmetic unit to perform a method according to one of the above statements, when it is executed on the arithmetic unit.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1a zeigt eine über einen Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine, in schematischer Darstellung; 1a shows a coupled via a freewheel to an internal combustion engine electric machine, in a schematic representation;

1b zeigt einen exemplarischen Verlauf der elektrischen Leistung, der mechanischen Leistung sowie des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Drehzahl; 1b shows an exemplary course of the electrical power, the mechanical power and the deceleration torque of an electric machine as a function of the rotational speed;

1c zeigt eine schematische Darstellung der Ermittlung des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik; 1c shows a schematic representation of the determination of the deceleration torque of an electrical machine according to the prior art;

2a zeigt eine weitere mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine in einer schematischen Darstellung; 2a shows a further coupled with a freewheel to an internal combustion engine electric machine in a schematic representation;

2b zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Ermitteln des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine unter Einbeziehung von Freilaufphasen; 2 B shows a schematic representation of a method for determining the deceleration torque of an electric machine including free-wheeling phases;

2c zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Phasenspannung sowie die hieraus abgeleitete Drehzahl; 2c shows a time course of a phase voltage and the speed derived therefrom;

3a zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer elektrischen Maschine sowie den zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine ohne Last der elektrischen Maschine; 3a shows a time course of a rotational speed of an electric machine and the time course of a rotational speed of an internal combustion engine without load of the electric machine;

3b zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer elektrischen Maschine unter Last und den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer Brennkraftmaschine; 3b shows the time course of the rotational speed of an electric machine under load and the time course of the rotational speed of an internal combustion engine;

4a zeigt eine prinzipielle Darstellung der Drehzahlverläufe einer elektrischen Maschine mit unterschiedlicher Lastbeaufschlagung; 4a shows a schematic representation of the speed characteristics of an electric machine with different load application;

4b zeigt eine prinzipielle Darstellung der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße; und 4b shows a schematic representation of the delay torque of the electrical machine influencing control variable; and

5 zeigt eine zeitliche Gegenüberstellung unterschiedlicher an einer elektrischen Maschine anliegenden Drehmomente bei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine. 5 shows a temporal comparison of different torque applied to an electric machine torques at different loads of the electric machine.

In 1a ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes System aus einem Kraftfahrzeugbordnetz 10 und einer mittels eines Freilaufs 11 an eine Brennkraftmaschine 12 gekoppelten elektrischen Maschine 14 gezeigt, wobei die elektrische Maschine 14 das Kraftfahrzeugbordnetz 10 mit Energie speist. Die elektrische Maschine 14 wird mittels eines Kopplungselements 16 – typischerweise ein Riementrieb – angetrieben, wobei das Kopplungselement 16 auf Seiten der Brennkraftmaschine 12 an einer Kurbelwelle 17 und auf Seiten der elektrischen Maschine 14 an einer mit dem Freilauf 11 versehenen Rolle festgelegt ist. Zur Regelung der Spannung im Bordnetz 10 ist eine Recheneinheit 18 in Form eines Reglers 20 vorgesehen, der in Abhängigkeit von der Spannung des Bordnetzes 10 den Erregerstrom IErr der elektrischen Maschine 14 entsprechend einregelt. In 1a is a known from the prior art system of a motor vehicle electrical system 10 and one by means of a freewheel 11 to an internal combustion engine 12 coupled electric machine 14 shown, the electric machine 14 the motor vehicle electrical system 10 fed with energy. The electric machine 14 is by means of a coupling element 16 - Typically a belt drive - driven, wherein the coupling element 16 on the part of the internal combustion engine 12 on a crankshaft 17 and on the part of the electric machine 14 at one with the freewheel 11 provided roll is fixed. For controlling the voltage in the electrical system 10 is an arithmetic unit 18 in the form of a regulator 20 provided, depending on the voltage of the electrical system 10 the excitation current I Err the electric machine 14 adjusted accordingly.

Durch eine Veränderung des Erregerstroms IErr verändert sich die Last der elektrischen Maschine 14 und damit deren Verzögerungsmoment, das durch ein entsprechendes Drehmoment der Brennkraftmaschine 12 zu überwinden ist, um einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine 12 zu gewährleisten. Dies kann jedoch insbesondere bei Betriebszuständen, in denen sich die Brennkraftmaschine in einem Zustand befindet, der sensibel auf Störungen reagiert – wie zum Beispiel dem Leerlaufzustand – nachteilige Folgen haben, da hierdurch bei kurzzeitigen Veränderungen des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 14 ein enormer Regelbedarf der Brennkraftmaschine 12 durch ein Motorsteuergerät 22 entsteht. By changing the excitation current I Err , the load of the electric machine changes 14 and thus their deceleration torque, by a corresponding torque of the internal combustion engine 12 is to be overcome to ensure trouble-free operation of the internal combustion engine 12 to ensure. This can, however, especially in operating conditions in which the internal combustion engine is in a state that is sensitive to disturbances - such as the idle state - have adverse consequences, as a result of short-term changes in the deceleration torque of the electric machine 14 an enormous need for control of the internal combustion engine 12 through an engine control unit 22 arises.

Dies ist beispielsweise in 1b abgebildet. Hier ist die elektrische Leistung der elektrischen Maschine (gestrichelt), die mechanische Leistung der elektrischen Maschine (gepunktet) und die Drehmomentaufnahme (durchgezogene Linie) der elektrischen Maschine exemplarisch gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass die Drehmomentaufnahme der elektrischen Maschine 14 gerade im Drehzahlbereich um den Leerlaufbetrieb ca. 800 U/min ein lokales Maximum aufweist, was gerade den Bereich um den Leerlaufbetrieb für die Brennkraftmaschine 12 besonders regelintensiv macht. Es kann vorkommen, dass das Motorsteuergerät 22 nicht mehr in der Lage ist, die Brennkraftmaschine 12 entsprechend einzuregeln, weshalb durch eine sprunghafte Vergrößerung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 14 die Brennkraftmaschine abgewürgt werden kann. This is for example in 1b displayed. Here, the electrical power of the electric machine (dashed), the mechanical power of the electric machine (dotted) and the torque absorption (solid line) of the electric machine is shown by way of example. Here it can be seen that the torque absorption of the electric machine 14 just in the speed range around the idle mode about 800 U / min has a local maximum, which is just the range around the idle mode for the internal combustion engine 12 makes it particularly rule-intensive. It may happen that the engine control unit 22 no longer capable of the internal combustion engine 12 regulate accordingly, which is why by a sudden increase in the deceleration torque of the electric machine 14 the internal combustion engine can be strangled.

Um dies zu verhindern und die Brennkraftmaschine 12 mittels des Motorsteuergeräts 22 entsprechend regeln zu können, wird im Stand der Technik das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 14 auf Grundlage des Erregerstroms IErr und der Drehzahl der elektrischen Maschine geschätzt. Dies ist jedoch sehr ungenau, da alle Verlustleistungskomponenten der elektrischen Maschine, beispielsweise betreffend den Ständer Pst, die Eisenverluste PE, die Rotorverluste PRo, die Lüfterverluste Pvent, und die Lagerverluste PLa lediglich geschätzt werden können (vergleiche 1c). All diese Zustandsgrößen müssen für eine Abschätzung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine für die jeweiligen Betriebszustände in einem Kennfeld hinterlegt werden, was ein solches Verfahren sehr aufwendig macht. Aufgrund der Schätzung einer Vielzahl der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 14 beeinflussenden Faktoren ist dieses Verfahren zudem für viele Anwendungen nicht ausreichend genau. To prevent this and the internal combustion engine 12 by means of the engine control unit 22 To be able to regulate accordingly, in the prior art, the deceleration torque of the electric machine 14 estimated based on the excitation current I Err and the speed of the electric machine. However, this is very inaccurate, since all power loss components of the electric machine, for example with respect to the stator P st , the iron losses P E , the rotor losses P Ro , the fan losses P vent , and the bearing losses P La can only be estimated (see 1c ). All of these state variables must be stored in a map for an estimate of the deceleration torque of the electrical machine for the respective operating states, which makes such a method very expensive. Due to the estimation of a variety of the deceleration torque of the electric machine 14 In addition, this method is not sufficiently accurate for many applications.

In 2 wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments M einer elektrischen Maschine 114 anhand der in 2a dargestellten, mit einem Freilaufelement 111 an eine Brennkraftmaschine 112 gekoppelten elektrischen Maschine 114 gezeigt, die mittels eines Kopplungselements 116 von der Brennkraftmaschine 112 angetrieben wird. Die Kombination aus elektrischer Maschine 114 und Brennkraftmaschine 112, wie sie in 2 abgebildet ist, ist in weiten Teilen dem in 1 gezeigten Aufbau ähnlich, weshalb teilweise für gleiche bzw. vergleichbare Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet wurden und die Funktion und Lage der einzelnen Elemente entsprechend identisch ist. In 2 is a method for determining a deceleration torque M of an electric machine 114 based on the in 2a illustrated, with a freewheeling element 111 to an internal combustion engine 112 coupled electric machine 114 shown by means of a coupling element 116 from the internal combustion engine 112 is driven. The combination of electric machine 114 and internal combustion engine 112 as they are in 2 is mapped in much of the 1 similar structure, which is why partially the same reference numerals have been used for the same or comparable elements and the function and location of the individual elements is correspondingly identical.

Das Kopplungselement 116 ist motorseitig mit der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 wirkverbunden. Die Brennkraftmaschine 112 gibt bedingt durch die Arbeitstakte der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 112 das Drehmoment impulsartig an die Kurbelwelle 117 ab. Mit der impulsartigen Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112 geht ein Abrieb des Kopplungselements 116 einher, der durch das an der elektrischen Maschine 114 vorgesehene Freilaufelement 111 gelindert wird.The coupling element 116 is the engine side with the crankshaft 117 the internal combustion engine 112 operatively connected. The internal combustion engine 112 are due to the working cycles of the respective cylinder of the internal combustion engine 112 the torque pulses to the crankshaft 117 from. With the pulse-like torque output of the internal combustion engine 112 goes an abrasion of the coupling element 116 accompanied by that on the electric machine 114 provided freewheeling element 111 is alleviated.

Um das Verzögerungsmoments M einer elektrischen Maschine 114 gestützt auf physikalische Zustandsgrößen ermitteln zu können, ist es notwendig, dass die elektrische Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Freilaufelement 111 aktiv ist. Die genaue Kenntnis der Freilaufphasen PhFl ist somit von entscheidender Bedeutung für die Ermittlung des Verzögerungsmoments M. Die erfindungsgemäße Ermittlung der besagten Freilaufphasen ist in den 3 bis 5 näher beschrieben. Unabhängig von einer Ermittlung eines Verzögerungsmoments M der elektrischen Maschine 114 ist die genaue Kenntnis von Freilaufphasen PhFl für viele weitere Anwendungen, wie zum Beispiel der Ermittlung der durch die Brennkraftmaschine 112 auf die elektrische Maschine 114 übertragene Leistung, erforderlich.To the deceleration torque M of an electric machine 114 Based on physical state variables, it is necessary that the electrical machine 114 from the internal combustion engine 112 is decoupled. This is especially the case when the freewheeling element 111 is active. The exact knowledge of the freewheeling phases Ph Fl is thus of crucial importance for the determination of the deceleration torque M. The determination according to the invention of said freewheeling phases is described in FIGS 3 to 5 described in more detail. Independently of a determination of a deceleration torque M of the electric machine 114 is the precise knowledge of the free-wheeling phases Ph Fl for many other applications such as the determination by the internal combustion engine 112 on the electric machine 114 transferred power, required.

Die elektrische Maschine 114 weist zudem noch eine Recheneinheit 118, vorzugsweise einen Regler 120, auf, der durch Vorgabe eines Erregerstroms IErr die an das Kraftfahrzeugbordnetz 100 eingespeiste Energie regelt. Zum Erfassen und Übertragen von Daten mit einer Motorsteuereinheit 122 kann zudem eine Kommunikationsverbindung 24 vorgesehen sein (gestrichelt dargestellt). Der Regler 120 kann zudem dazu vorgesehen sein, das nachfolgend beschriebene Verfahren zum Ermitteln der Freilaufphasen PhFl der elektrischen Maschine bzw. des Verzögerungsmomentes M der elektrischen Maschine 114 durchzuführen. Das Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 wird auf Basis physikalischer Zustandsgrößen, wie nachfolgend beschrieben, ermittelt.The electric machine 114 also has an arithmetic unit 118 , preferably a regulator 120 , on, by specifying an excitation current I Err the to the motor vehicle electrical system 100 fed energy regulates. For collecting and transmitting data with an engine control unit 122 can also have a communication connection 24 be provided (shown in phantom). The regulator 120 can also be provided to the method described below for determining the freewheeling phases Ph Fl of the electric machine and the deceleration torque M of the electric machine 114 perform. The decelerating torque M of the electric machine 114 is determined on the basis of physical state variables, as described below.

Die inhärente Massenträgheit eines Körpers, vorliegend des Läufers der elektrischen Maschine 114, wird beschrieben über den Drehimpuls der rotierenden Massen L = ω × J, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Läufers und J dessen Trägheitsmoment ist. Das Trägheitsmoment ist im Wesentlichen abhängig von der Masse und der Geometrie des Läufers. Diese Größen sind grundsätzlich für jeden Läufer, der in eine elektrische Maschine eingebaut wird, ohne weiteres ermittelbar. Das Trägheitsmoment des Läufers verändert sich in erster Näherung während eines Betriebs der elektrischen Maschine nicht wesentlich und kann somit als konstante Größe beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt werden. Das Drehmoment ist allgemein definiert als zeitliche Ableitung des Drehimpulses. The inherent inertia of a body, in this case the rotor of the electric machine 114 , is described about the angular momentum of the rotating masses L = ω × J, where ω is the angular velocity of the rotor and J is its moment of inertia. The moment of inertia is essentially dependent on the mass and the geometry of the rotor. These variables are basically for each runner, which is installed in an electric machine, readily ascertainable. The moment of inertia of the rotor does not substantially change in a first approximation during operation of the electric machine and can thus be stored as a constant variable, for example in a characteristic field. The torque is generally defined as the time derivative of the angular momentum.

Die Zustandsgleichung aller im System der Brennkraftmaschine 112 und elektrischen Maschine 114 vorhandenen Drehmomente ergibt sich durch die Summe aller anliegenden Drehmomente, wobei diese durch MBkM + MGen + d/dt ω × J = 0 gegeben ist.The equation of state of all in the system of the internal combustion engine 112 and electric machine 114 existing torques results from the sum of all applied torques, these by M BkM + M Gen + d / dt ω × J = 0 given is.

Das Drehmoment des Antriebs MBkM, also der Teil des Drehmoments der Brennkraftmaschine 112, der über den Riemen an die elektrische Maschine übermittelt wird, ist nicht ohne Weiteres ermittelbar. Hier macht man sich zunutze, dass aufgrund der impulsartigen Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112 eine Welligkeit der Drehzahl entsteht, bei der die elektrische Maschine 114 mehr oder weniger regelmäßig angeordnete Freilaufphasen Phfl aufweist, die von Antriebsphasen Phant der Brennkraftmaschine unterbrochen werden (vgl. 3). Während diesen Freilaufphasen Phfl ist die elektrische Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt (MBkM = 0) und die Drehmomentgleichung vereinfacht sich entsprechend:
MGen + d/dt ω × J = 0, beziehungsweise MGen = –d/dt ω × J.The torque of the drive M BkM , ie the part of the torque of the internal combustion engine 112 , which is transmitted via the belt to the electric machine, is not readily determinable. Here one makes use of the fact that due to the impulsive torque output of the Internal combustion engine 112 a ripple of speed arises at which the electric machine 114 more or less regularly arranged freewheeling phases Ph fl which are interrupted by drive phases Ph ant of the internal combustion engine (see. 3 ). During these freewheeling phases Ph fl is the electric machine 114 from the internal combustion engine 112 decoupled (M BkM = 0) and the torque equation is simplified accordingly:
M gene + d / dt ω × J = 0, or M gene = -d / dt ω × J.

Damit kann durch Ermittlung des Drehzahlverlaufs im Zeitbereich einer Freilaufphase PhFl der elektrischen Maschine 114 direkt das anliegende Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden, das summarisch über magnetische Kräfte, Reibungsverluste, aerodynamische Verluste, usw. beeinflusst wird.Thus, by determining the speed curve in the time domain of a freewheeling phase Ph Fl of the electric machine 114 directly the applied deceleration torque M of the electric machine 114 summarily determined by magnetic forces, frictional losses, aerodynamic losses, etc.

Da die elektrische Maschine 114 mittels des Reglers 120 die jeweilige Momentandrehzahl über das an der elektrischen Maschine 114 anliegende Phasensignal 121, insbesondere in Form einer Phasenspannung 121a bzw. eines Phasenstroms ermitteln kann, ist die elektrische Maschine 114 bzw. der Regler 120 dazu eingerichtet, die Zeitperioden des Freilaufs entsprechend des nachfolgend beschriebenen Verfahrens zu erkennen und aus dem jeweiligen Drehmomentverlauf im Zustand Freilauf Phfl das jeweilige Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. As the electric machine 114 by means of the regulator 120 the respective instantaneous speed over that on the electric machine 114 applied phase signal 121 , in particular in the form of a phase voltage 121 or a phase current, is the electric machine 114 or the controller 120 arranged to detect the time periods of the freewheel according to the method described below and from the respective torque curve in the state freewheel Ph fl the respective deceleration torque M of the electric machine 114 to investigate.

In einem ersten Verfahrensschritt zum Ermitteln eines Freilaufphasen aufweisenden Betriebszustand einer mit einem Freilauf 111 an eine Brennkraftmaschine 112 gekoppelten elektrischen Maschine 114 wird die Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 mittels des Phasensignals 121 der elektrischen Maschine 114 ermittelt. Dies ist schematisch in 2c dargestellt. Grundsätzlich versteht sich jedoch, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 alternativ und/oder kumulativ auch auf anderem Wege, beispielsweise anhand eines Drehzahlsensors ermittelt werden kann. In a first method step for determining a freewheeling phases having operating state with a freewheel 111 to an internal combustion engine 112 coupled electric machine 114 is the speed 122 the electric machine 114 by means of the phase signal 121 the electric machine 114 determined. This is schematically in 2c shown. Basically, however, understood that the speed of the electric machine 114 Alternatively and / or cumulatively, it can also be determined by other means, for example by means of a speed sensor.

Die Ermittlung des Drehzahlsignals 122 aus einem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 ist in 2c näher beschrieben. Bei dem Phasensignal 121 handelt es sich vorliegend um eine der Phasenspannungen 121a der elektrischen Maschine 114. Es versteht sich, dass hierzu grundsätzlich jede beliebige Phasenspannung einer oder mehrerer Phasen der elektrischen Maschine 114, aber auch die jeweiligen Phasenströme verwendbar sind, um hieraus das Drehzahlsignal 122 der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. Bei Verwendung von mehr als einer Phasenspannung kann eine entsprechend höhere zeitliche Auflösung des Drehzahlsignals 122 erreicht werden (nicht dargestellt).The determination of the speed signal 122 from a phase signal 121 the electric machine 114 is in 2c described in more detail. At the phase signal 121 this is one of the phase voltages 121 the electric machine 114 , It is understood that in principle any desired phase voltage of one or more phases of the electrical machine 114 , But also the respective phase currents are usable, in order from this the speed signal 122 the electric machine 114 to investigate. When using more than one phase voltage, a correspondingly higher temporal resolution of the speed signal 122 be achieved (not shown).

Die Phasenspannung 121a verläuft bei einem Generator mit Stromabgabe in erster Näherung rechteckförmig. An diesem Signal der Phasenspannung 121a kann eine mittlere Phasenzeit bzw. Pulsbreite TPhase erfasst werden, wobei diese sich am besten an den steilen Flanken der Phasenspannung 121a ermitteln lässt. Die Generatordrehzahl ergibt sich demnach aus der Formel: nGen = 60/(TPHASE·PPZ), wobei nGen die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in Umdrehungen pro Minute ist und PPZ die Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114. The phase voltage 121 runs in a generator with current output in the first approximation rectangular. At this signal of the phase voltage 121 For example, a mean phase time or pulse width T phase can be detected, these being best on the steep edges of the phase voltage 121 can be determined. The generator speed thus results from the formula: n gene = 60 / (T PHASE × PPZ), where n gene is the speed of the electric machine 114 in revolutions per minute and PPZ is the pole pair number of the electric machine 114 ,

Die Kurbelwellendrehzahl bei inaktivem Freilauf – elektrische Maschine 114 wir durch die Brennkraftmaschine 112 getrieben – ergibt sich aus der Formel: nKW = 60/(TPHASE·PPZ·Üb), wobei nkw die Kurbelwellendrehzahl in Umdrehungen pro Minute ist, Üb das Übertragungsverhältnis zwischen Kurbelwelle und Generatorwelle und PPZ die Polpaarzahl des Generators. The crankshaft speed with inactive freewheel - electric machine 114 we through the internal combustion engine 112 driven - results from the formula: n KW = 60 / (T PHASE × PPZ × U) where n kw is the crankshaft speed in revolutions per minute, U f is the transmission ratio between the crankshaft and generator shaft and PPZ is the number of pole pairs of the generator.

Die hierzu korrespondierenden Werte der Drehzahl 122 und einer mittleren Drehzahl 122m, die dem Mittelwert der Drehzahl 122 innerhalb eines Zeitintervalls entspricht, sind in 2c ebenfalls als Punkte bzw. als Linie dargestellt. Das Zeitintervall kann insbesondere derart gewählt werden, dass über mehrere Oszillationen gemittelt wird.The corresponding values of the speed 122 and a medium speed 122m , which is the mean of the speed 122 within a time interval, are in 2c also shown as points or as a line. The time interval can in particular be selected such that it is averaged over several oscillations.

Die Drehzahl kann vorzugsweise digital ermittelt werden. Mittels einer Messung der zeitlichen Abstände TPhase der Amplituden in dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114, kann, wie bereits beschrieben, die Momentandrehzahl nKW ermittelt werden. Sofern Parameter wie Zylinderzahl, Übertragungsverhältnis und Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114 im erfassten Zeitraum bekannt sind, kann der Regler 118 eine feste Anzahl von Drehzahlwerten in einem Speicher, zum Beispiel in einem Schieberegister, (nicht dargestellt) einspeichern und zumindest innerhalb eines Schwingungszyklusses jeweils eine maximale und eine minimale Momentandrehzahl ermitteln. Bei den maximalen und minimalen Momentandrehzahlen handelt es sich vorzugsweise um die Peakdrehzahlen im jeweils erfassten Zeitbereich. Die Differenz zwischen diesen Drehzahlen ist ein Maß für das durch die Brennkraftmaschine 112 abgegebene Drehmoment. Zur genauen Ermittlung von TPhase ist es vorteilhaft, eine hohe zeitliche Auflösung um den Mittelwert von TPhase zu gewährleisten. Hierbei kann für eine bessere Auflösung die Drehzahl auf Basis der ansteigenden 126 und abfallenden Flanken 124 (vgl. 3) der Phasenspannung 121a ermittelt werden. Im Speicher können grundsätzlich beliebig viele Drehzahlwerte erfasst werden, wobei jedoch etwa ein ganzer Zyklus einer Schwingung für eine Auswertung erfasst werden sollte.The speed can preferably be determined digitally. By means of a measurement of the time intervals T phase of the amplitudes in the phase signal 121 the electric machine 114 , as already described, the instantaneous speed n KW can be determined. If parameters such as number of cylinders, transmission ratio and pole pair number of the electric machine 114 known in the recorded period, the controller 118 storing a fixed number of rotational speed values in a memory, for example in a shift register (not shown), and determining a maximum and a minimum instantaneous rotational speed at least within one oscillation cycle. The maximum and minimum instantaneous speeds are preferably the peak speeds in the respectively recorded time range. The difference between these speeds is a measure of that by the internal combustion engine 112 delivered torque. For accurate determination of T phase , it is advantageous to ensure a high temporal resolution around the mean of T phase . Here, for a better resolution, the speed based on the rising 126 and falling flanks 124 (see. 3 ) of the phase voltage 121 be determined. In the storage room In principle, any desired number of rotational speed values can be detected, although approximately one complete cycle of a vibration should be recorded for an evaluation.

Um darzustellen, dass die Abtastrate des Generators ausreichend ist, um die Drehzahl 122 und insbesondere die der Drehzahl überlagerten Oszillationen entsprechend aufzulösen, sollen nachfolgend die Verhältnisse der entsprechenden Frequenzen betrachtet und mit dem Nyquist-Kriterium abgeglichen werden. Das Nyquist-Kriterium fordert, dass fel/fmoment >= 2. Bezogen auf die Motordrehzahl ergibt sich die Generatorfrequenz bei inaktivem Freilauf, d.h. starrer Kopplung der elektrischen Maschine mit der Brennkraftmaschine, bzw. die Frequenz der elektrischen Maschine mit fel = nKW/60·Üb·PPZ, wobei nKW die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. To show that the sampling rate of the generator is sufficient for the speed 122 and in particular to resolve the oscillations superimposed on the rotational speed correspondingly, the ratios of the corresponding frequencies are to be considered below and compared with the Nyquist criterion. The Nyquist criterion requires that f el / f moment > = 2. Relative to the engine speed results in the generator frequency at inactive freewheel, ie rigid coupling of the electric machine with the internal combustion engine, or the frequency of the electric machine with f el = n KW / 60 · Üb · PPZ, where n KW is the speed of the internal combustion engine.

In Kombination mit der Gleichung für fmoment = nKW/60·Zylinderzahl/2 ergibt sich fel/fmoment = 2·Üb·PPZ/Zylinderzahl. In combination with the equation for f moment = n KW / 60 · number of cylinders / 2 results f el / f moment = 2 · Üb · PPZ / number of cylinders.

Damit ergibt sich beispielsweise für Üb = 3, PPZ = 6, Zylinderzahl = 4, dass der Quotient fel/fmoment = 9 ist. Selbst bei sehr großen hochzylindrigen Motoren, beispielsweise eines 12-Zylinder-Motors, beträgt das Verhältnis fel/fmoment = 3, wobei auch hier das Nyquist-Abtastkriterium stets erfüllt ist. Thus, for example, for U n = 3, PP Z = 6, number of cylinders = 4, the quotient f el / f moment = 9 results. Even with very large high-cylinder engines, for example, a 12-cylinder engine, the ratio f el / f moment = 3, where also the Nyquist sampling criterion is always met.

In 3 ist der Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine 112 (gestrichelte Linie) und der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine 114 (durchgezogene Linie) mit zwei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine 114, im ersten Fall ohne eine an der elektrischen Maschine 114 anliegenden Last (3a) und mit einer an der elektrischen Maschine 114 anliegenden Last (3b), dargestellt. Die unterschiedlichen Lasten an der elektrischen Maschine 114 gehen zwangsläufig mit unterschiedlichen Verzögerungsmomenten M der elektrischen Maschine 114 einher. Dies ist daran zu erkennen, dass im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 der Gradient der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine 114 ohne Last (vgl. 3a) deutlich geringer ist, als der Gradient der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit Last (vgl. 3b).In 3 is the speed curve of the internal combustion engine 112 (dashed line) and the speed curve of the electric machine 114 (solid line) with two different loads of the electric machine 114 , in the first case without one on the electric machine 114 applied load ( 3a ) and with one on the electric machine 114 applied load ( 3b ). The different loads on the electric machine 114 inevitably go with different deceleration torques M of the electric machine 114 associated. This can be seen from the fact that in the time domain of a falling edge 124 the speed 122 the gradient of the speed 122a the electric machine 114 without load (cf. 3a ) is significantly lower than the gradient of the speed 122b the electric machine 114 with load (cf. 3b ).

Bei einer ansteigenden Flanke 126 der Drehzahl 122 ist ein vergleichbares Verhalten nicht zu beobachten. Die Last und damit das Verzögerungsmoment MGen der elektrischen Maschine 114 kann demnach durch eine das Verzögerungsmoment MGen beeinflussende Stellgröße geregelt werden. Eine derartige Stellgröße ist beispielsweise der Erregerstrom IErr. On a rising edge 126 the speed 122 a similar behavior is not observed. The load and thus the deceleration moment M Gen of the electric machine 114 Accordingly, it can be regulated by a manipulated variable influencing the deceleration moment M gene . Such a manipulated variable, for example, the excitation current I Err .

Das lastsensitive Verhalten des Drehzahlgradienten 122a, 122b im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 ist insbesondere in einer Freilaufphase Phfl signifikant, da in diesem Fall die elektrische Maschine von den bewegten Massen der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt ist.The load-sensitive behavior of the speed gradient 122a . 122b in the time domain of a falling edge 124 the speed 122 is in particular in a freewheeling phase Ph fl significant, since in this case the electric machine of the moving masses of the internal combustion engine 112 is decoupled.

Eine Änderung des Verzögerungsmoments MGen der elektrischen Maschine 114 hat zudem keinen nennenswerten Einfluss auf die ansteigende Flanke 126 der Drehzahl 122, da die elektrische Maschine 114 bei einer ansteigenden Flanke 124 der Drehzahl 126 durch die Brennkraftmaschine 112 getrieben und somit mit dieser zwangsgekoppelt ist. Selbst wenn die Lastbeaufschlagung der elektrischen Maschine 114 eine Änderung des Gradienten im Zeitbereich der ansteigenden Flanke 126 der Drehzahl 122 verursachen sollte, wäre dieser im Vergleich zur Änderung des Gradienten im Zeitbereich der abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 (Freilaufphase Phfl) stets deutlich geringer ausgeprägt und daher gut unterscheidbar. Somit kann das lastsensitive Verhalten der elektrischen Maschine 114 im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 dazu verwendet werden, um eine Freilaufphase Phfl zu erkennen.A change in the deceleration torque M Gen of the electric machine 114 also has no significant influence on the rising edge 126 the speed 122 because the electric machine 114 on a rising edge 124 the speed 126 by the internal combustion engine 112 driven and thus forcibly coupled with this. Even if the load of the electric machine 114 a change of the gradient in the time domain of the rising edge 126 the speed 122 this would be compared to changing the gradient in the time domain of the falling edge 124 the speed 122 (Freewheeling phase Ph fl ) always significantly less pronounced and therefore well distinguishable. Thus, the load-sensitive behavior of the electric machine 114 in the time domain of a falling edge 124 the speed 122 be used to detect a freewheel phase Ph fl .

Die Freilaufphase Phfl der elektrischen Maschine 114 bzw. ein Freilaufphasen Phfl aufweisender Betriebszustand der elektrischen Maschine 114 können entweder wie zuvor bereits beschrieben, über eine Veränderung einer das Verzögerungsmoment MGen beeinflussenden Stellgröße, aber auch anderweitig ermittelt werden. The freewheel phase Ph fl of the electric machine 114 or a freewheeling phases Ph fl exhibiting operating state of the electric machine 114 can either be determined as described above, via a change of the delay moment M gene affecting control variable, but also elsewhere.

Eine weitere Möglichkeit bietet hier beispielsweise eine Bestimmung der Freilaufphasen aus Erfahrungswerten, bei der ermittelt wird, ob – zum Beispiel im Leerlauf der Brennkraftmaschine 112 – der Freilauf 111 der elektrischen Maschine 114 aktiv ist. Dies kann anhand von Vergleichswerten der Steigung (Gradienten) im Zeitbereich der abfallenden Flanken 124 der Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 geschehen. Diese Gradienten können für unterschiedliche Lasten der elektrischen Maschine 112 entsprechend hinterlegt werden. Die Gradienten bzw. der Verlauf der Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 kann darüber hinaus noch dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 im selben Zeitbereich gegenübergestellt werden. Diese Informationen können beispielsweise im Motorsteuergerät 122 hinterlegt werden und über die Kommunikationsschnittstelle 124 an den Regler 120 übermittelt werden, welcher daraufhin eine Bestimmung der Freilaufphasen PhFL durch Vergleich der hinterlegten Werte des Drehzahlverlaufs mit den Ist-Werten des Drehzahlverlaufs veranlassen kann. Darüber hinaus ist auch ein direktes hinterlegen der Werte im Regler 120 möglich, was den Vorteil hat, dass keine Übermittlung von Daten zur Erfassung der Freilaufphasen PhFL über die Kommunikationsschnittstelle 124 erforderlich ist.Another possibility here is, for example, a determination of the freewheeling phases from empirical values, in which it is determined whether - for example, when the internal combustion engine is idling 112 - the freewheel 111 the electric machine 114 is active. This can be done on the basis of comparison values of the slope (gradients) in the time domain of the falling edges 124 the speed 122 the electric machine 114 happen. These gradients can be used for different loads of the electric machine 112 be deposited accordingly. The gradients or the course of the speed 122 the electric machine 114 can also still the time course of the speed of the internal combustion engine 112 be compared in the same time range. This information can, for example, in the engine control unit 122 be deposited and via the communication interface 124 to the controller 120 which can then cause a determination of the freewheeling phases Ph FL by comparing the stored values of the speed curve with the actual values of the speed curve. In addition, there is also a direct deposit of the values in the controller 120 possible, which has the advantage that no transmission of data to capture the Free-running phases Ph FL via the communication interface 124 is required.

Eine weitere Möglichkeit bietet der Vergleich der ansteigenden Flanken der Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 in der Antriebsphase PhAnt und der abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 in der Freilaufphase PhFL. Wie in den 3a und 3b deutlich zu erkennen ist, sind die ansteigenden Flanken 126 in der Antriebsphase PhAnt und die abfallenden Flanken 124 in der Freilaufphase PhFL der elektrischen Maschine 114 stets asymmetrisch zu den jeweiligen Maxima und Minima im zeitlichen Verlauf der Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114. Die Gradienten der abfallenden Flanken 124 und aufsteigenden Flanken 126 der Drehzahl 122 sind somit betragsmäßig unterschiedlich. Bei einer permanenten Zwangskopplung der elektrischen Maschine 114 an die Brennkraftmaschine 112, bei der im Zeitbereich der abfallenden Flanken 124 keine Freilaufphasen PhFL auftreten, wären hingegen die abfallenden Flanken 124 der Drehzahl 122 stets symmetrisch zu den jeweils korrespondierenden aufsteigenden Flanken 126 der Drehzahl 122, d.h. die aufsteigenden Flanken 126 und die abfallenden Flanken 124 würden im Wesentlichen einen betragsmäßig gleichen Gradienten der Steigung jedoch mit unterschiedlichem Vorzeichen aufweisen. Anhand dieses charakteristischen und asymmetrischen Verlaufs der Drehzahl, kann der Freilaufzustand PhFL beziehungsweise der Antriebszustand PhAnt der elektrischen Maschine 114, sofern vorhanden, ermittelt werden. Auch das Vorliegen eines Betriebszustands ohne Freilaufphasen PhFL wäre gleichermaßen ermittelbar.Another possibility is the comparison of the rising edges of the speed 122 the electric machine 114 in the drive phase Ph Ant and the falling edge 124 the speed 122 the electric machine 114 in the freewheel phase Ph FL . As in the 3a and 3b clearly visible are the rising flanks 126 in the drive phase Ph Ant and the falling edges 124 in the freewheeling phase Ph FL of the electric machine 114 always asymmetrical to the respective maxima and minima in the time course of the speed 122 the electric machine 114 , The gradients of the falling flanks 124 and rising flanks 126 the speed 122 are thus different in amount. In a permanent positive coupling of the electric machine 114 to the internal combustion engine 112 in which in the time domain the falling edges 124 no freewheeling phases Ph FL occur, however, would be the falling edges 124 the speed 122 always symmetrical to the corresponding rising edges 126 the speed 122 ie the ascending flanks 126 and the falling flanks 124 would essentially have a magnitude equal gradient of slope but with different signs. On the basis of this characteristic and asymmetrical course of the rotational speed, the freewheeling state Ph FL or the driving state Ph Ant of the electric machine can 114 , if available, are determined. The presence of an operating state without freewheeling phases Ph FL could equally be determined.

In 4a ist der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis Üb (durchgezogene Linie) der Drehzahlverlauf 122a der elektrischen Maschine 114 bei einer ersten Last (gepunktete Linie) und der Drehzahlverlauf 122b der elektrischen Maschine 114 bei einer zweiten, im Vergleich zur ersten Last vergrößerten Last der elektrischen Maschine, dargestellt. Die Drehzahlverläufe 122a, 122b weisen im Zeitbereich der abfallenden Flanken 124 der Drehzahl 122a, 122b eine im Wesentlichen periodische Oszillation 126a, 126b mit geringer Amplitude auf. Die periodischen Oszillationen 126a, 126b werden durch eine das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 beeinflussenden getakteten Stellgröße bewirkt, wie zum Beispiel dem Erregerstrom IErr.In 4a is the time course of the speed of the internal combustion engine 112 multiplied by the transmission ratio Üb (solid line) of the speed curve 122a the electric machine 114 at a first load (dotted line) and the speed curve 122b the electric machine 114 at a second, compared to the first load increased load of the electric machine shown. The speed curves 122a . 122b in the time domain of the falling edges 124 the speed 122a . 122b a substantially periodic oscillation 126a . 126b with low amplitude. The periodic oscillations 126a . 126b be by a the deceleration torque of the electric machine 114 influencing clocked manipulated variable causes, such as the excitation current I Err .

Der qualitative Verlauf des Erregerstrom IErr, insbesondere im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122, ist für den Verlauf der Drehzahl 122a in 4b qualitativ dargestellt. Die Amplitude des Erregerstrom IErr ist kleiner als eine Toleranzschwelle ST, durch die das Maß einer Störung bestimmt wird, die keinen nennenswerten Einfluss auf die Funktion der Brennkraftmaschine 112 bzw. auf das elektrische Bordnetz hat, das die elektrische Maschine 114 als Generator speist. Die Amplitude des Erregerstrom IErr ist ferner größer als ein unterer Schwellwert S1, der eine Detektionsschwelle festlegt. Der obere Schwellwert S2 ist betragsmäßig größer als S1 und kleiner als ST und gibt die Amplitude des Erregerstroms IErr an, die bevorzugt zur Modulation verwendet werden sollte. Grundsätzlich versteht sich, dass die Signalform der Modulation bzw. deren Frequenz nahezu beliebig wählbar ist. Es bietet sich jedoch an, die Regelfrequenz des Reglers 120, mit der der Erregerstrom IErr geregelt wird (typischerweise ca. 400 Hz), gewählt wird.The qualitative course of the excitation current I Err , in particular in the time domain of a falling edge 124 the speed 122 , is for the course of the speed 122a in 4b presented qualitatively. The amplitude of the excitation current I Err is smaller than a tolerance threshold S T , by which the degree of a disturbance is determined, which has no appreciable influence on the function of the internal combustion engine 112 or to the electrical system that has the electrical machine 114 as a generator feeds. The amplitude of the exciter current I Err is also greater than a lower threshold value S 1 , which defines a detection threshold. The upper threshold value S 2 is greater in magnitude than S 1 and smaller than S T and indicates the amplitude of the excitation current I Err , which should preferably be used for modulation. Basically, it is understood that the waveform of the modulation or its frequency is almost arbitrary selectable. It makes sense, however, the control frequency of the controller 120 , with which the excitation current I Err is regulated (typically about 400 Hz) is selected.

Anhand der typischen Signatur, die eine Variation des Erregerstrom IErr im Verlauf der Drehzahl 122 abbildet, kann auf die Existenz einer Freilaufphase PhFl geschlossen werden. Diese typische Signatur wird, wie bereits in 3 beschrieben, nur in den Zeitbereichen der abfallenden Flanken 124 der Drehzahl 122 auftreten, sofern die Amplitude der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 beeinflussenden Stellgröße entsprechend der zuvor beschriebenen Vorgaben gewählt ist.Based on the typical signature, which is a variation of the excitation current I Err in the course of the speed 122 can be concluded, the existence of a freewheeling phase Ph Fl be closed. This typical signature becomes, as already in 3 described, only in the time ranges of the falling edges 124 the speed 122 occur, provided the amplitude of the deceleration torque of the electric machine 114 influencing manipulated variable is selected according to the previously described specifications.

An diesem weiteren Ausführungsbeispiel soll nochmals verdeutlicht werden, dass die Freilaufphasen PhFL der elektrischen Maschine 114 durch den Gradienten des Drehzahlabfalls in einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122a, 122b und/oder durch die charakteristische Signatur, insbesondere deren Frequenz und/oder Amplitude einer das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 beeinflussenden getakteten Stellgröße, ermittelbar ist. Es versteht sich zudem, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Bestimmung von Freilaufphasen der elektrischen Maschine 114 sowohl alternativ als auch kumulativ verwendet werden können. Eine kumulative Verwendung hätte zudem den Vorteil, dass die Freilaufphasen redundant und somit besonders sicher erkannt werden können.It should again be made clear at this further exemplary embodiment that the freewheeling phases Ph FL of the electric machine 114 by the gradient of the speed drop in a falling edge 124 the speed 122a . 122b and / or by the characteristic signature, in particular its frequency and / or amplitude of the deceleration torque of the electric machine 114 influencing clocked manipulated variable, can be determined. It is also understood that the embodiments described above for determining freewheeling phases of the electric machine 114 both alternative and cumulative can be used. A cumulative use would also have the advantage that the freewheeling phases can be detected redundantly and therefore particularly secure.

In 5 sind Drehzahlverläufe, die zu den Drehzahlverläufen aus 4a ähnlich sind, mit der Drehzahl nBkm·ÜB der Brennkraftmaschine 112 und der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine 114 mit einer ersten Last und der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit einer zweiten Last gezeigt. Dem gegenüber gestellt, sind die entsprechenden durch die elektrische Maschine 114 bewirkten Verzögerungsmomente M1 und M2 (gepunktet dargestellt), wobei M1 der geringeren und M2 der höheren Last zugeordnet ist. Als gestrichelte Linie sind noch die an der elektrischen Maschine 114 anliegenden Gesamtdrehmomente MG1 und MG2 dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass beim Entkoppeln der elektrischen Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 in den Freilaufphasen PhFL diese auf das jeweilige Niveau der Verzögerungsmomente M1 bzw. M2 abfällt und beim Wiedereingriff der Brennkraftmaschine 112 entsprechend sprunghaft ansteigt. Somit entspricht das in den Freilaufphasen PhFL anliegende Drehmoment genau dem Verzögerungsmoment M, während in den Antriebsphasen PhAn das Verzögerungsmoment des Generators zwar gleich bleibt aber durch ein hohes Gegenmoment an der Welle gegenkompensiert wird. Des Weiteren ist noch das Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 dargestellt, mit dem die jeweiligen Drehzahlsignale abgetastet werden. In 5 are speed characteristics, the out of the speed curves 4a are similar, with the speed n Bkm · ÜB the internal combustion engine 112 and the speed 122a the electric machine 114 with a first load and the speed 122b the electric machine 114 shown with a second load. Opposite, are the corresponding ones by the electric machine 114 caused delay moments M 1 and M 2 (shown dotted), where M 1 is associated with the lower and M 2 of the higher load. As a dashed line are still on the electric machine 114 applied total torques M G1 and M G2 , wherein it can be seen that when decoupling the electric machine 114 from the internal combustion engine 112 in the freewheeling phases Ph FL this falls to the respective level of the deceleration torques M 1 and M 2 and the re-engagement of the internal combustion engine 112 increases accordingly leaps and bounds. Thus, the torque applied in the freewheeling phases Ph FL exactly corresponds to the decelerating torque M, while in the drive phases Ph An the deceleration torque of the generator remains the same but is counter-compensated by a high counter-torque on the shaft. Furthermore, there is the phase signal 121 the electric machine 114 represented, with which the respective speed signals are sampled.

In den Antriebsphasen PhAnt der elektrischen Maschine ist mehr Drehmoment anliegend als aktuell benötig wird. Dieses überschüssige Drehmoment wird in Form eines Drehzahlanstiegs im Drehimpuls zwischengespeichert. Da dieses anliegende Drehmoment mit den zur Verfügung stehenden Messmitteln nicht sinnvoll erkannt werden kann, ist die Messung des Verzögerungsmoments M der elektrischen Maschine 114 lediglich in den Freilaufphasen PhFL sinnvoll möglich. Diese Freilaufphasen PhFL können, wie zuvor beschrieben, erkannt werden.In the drive phases Ph Ant of the electric machine is more torque fitting than currently needed. This excess torque is cached in the form of a speed increase in the angular momentum. Since this applied torque can not be meaningfully recognized with the available measuring means, the measurement of the deceleration torque M of the electric machine 114 only possible in the freewheeling phases Ph FL . These freewheeling phases Ph FL can be recognized as described above.

Die vorliegenden Daten basieren auf den typischen Zeitverhältnissen für einen Vier-Zylindermotor mit einem Übertragungsverhältnis zwischen elektrischer Maschine und Brennkraftmaschine von 3 am Riementrieb 116 und einer Polpaarzahl von 8 an der elektrischen Maschine 114. Bei einer starren Kopplung (kein aktiver Freilauf) zwischen der Brennkraftmaschine 112 und der elektrischen Maschine 114 ist die Anzahl der Spannungspulse 121a, beispielsweise zwischen zwei Minima des Drehzahlverlaufs, festgelegt. Sofern die Anzahl der Phasenspannungspulse gegenüber der Anzahl an Phasenspannungspulsen, die für eine starre Kopplung zwischen der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 zu erwarten wäre, abweicht, insbesondere sich vergrößert, kann zudem auf das Vorliegen einer Freilaufphase PhFl geschlossen werden. Dies kann zudem als redundante Datenquelle zur Ermittlung der Freilaufphasen herangezogen werden (vgl. Beschreibung zu 3 oder 4).The present data is based on the typical time ratios for a four-cylinder engine with a transmission ratio between the electric machine and the internal combustion engine of 3 on the belt drive 116 and a pole pair number of 8 on the electric machine 114 , In a rigid coupling (no active freewheel) between the internal combustion engine 112 and the electric machine 114 is the number of voltage pulses 121 , For example, between two minima of the speed curve set. If the number of phase voltage pulses with respect to the number of phase voltage pulses, for a rigid coupling between the electric machine 114 and the internal combustion engine 112 would be expected, deviates, in particular increases, can also be concluded that there is a free-running phase Ph Fl . This can also be used as a redundant data source to determine the freewheeling phases (see description to 3 or 4 ).

Die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse kann entsprechend, beispielsweise in einem Speicher, hinterlegt werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse 121a zwölf, da die Anzahl der Pulse mit einem Übertragungsverhältnis von 3 und einer Polpaarzahl von 8 und einer Zylinderzahl von 4 ermittelt wurde. Dies ist jedoch eine willkürliche Anzahl, die im Wesentlichen vom Übertragungsverhältnis ÜB, der Polpaarzahl sowie der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine 112 abhängig ist. Die Herleitung hierzu ist insbesondere der Beschreibung zu 2c) zu entnehmen. Grundsätzlich versteht sich, dass die angegebenen Zahlenwerte der qualitativen Beschreibung der Erfindung dienen und keine zwingende Einschränkung auf diese Zahlenwerte gegeben ist.The number of expected voltage pulses can be stored accordingly, for example in a memory. In the present example, the number of expected voltage pulses 121 twelve, since the number of pulses with a transmission ratio of 3 and a pole pair number of 8 and a cylinder number of 4 was determined. However, this is an arbitrary number, which is essentially the transmission ratio UB, the pole pair number and the number of cylinders of the internal combustion engine 112 is dependent. The derivation for this is in particular the description too 2c ) refer to. In principle, it is understood that the numerical values given serve to serve the qualitative description of the invention and that there is no compelling restriction to these numerical values.

Des Weiteren kann durch das Erkennen einer Freilaufphase PhFl, wie zuvor in 3 und 4 beschrieben, nicht nur das Verzögerungsmoment MGen der elektrischen Maschine 114 sondern ferner auch der Wirkungsgrad µ der elektrischen Maschine 114 auf sehr einfache Weise bestimmt werden. Der Wirkungsgrad ergibt sich als Quotient der elektrischen Leistung und der mechanischen Leistung, µ = Pel/Pmech. Die elektrische Leistung Pel ist mittels des Erregerstroms IErr der Drehzahl 122 (nGen) der elektrischen Maschine 114 und der Generatorspannung UGen z.B. aus einem Kennfeld oder anhand eines Models bestimmbar. Die mechanische Leistung Pmech bestimmt sich aus dem Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine und der Drehzahl nGen mit Pmech = 2·Pi·MGen·nGen. Somit lässt sich auf sehr einfachem Wege der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine bestimmen. Die Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 und die Drehzahl (nGen), können auf Basis der vorstehenden Beschreibung analog verwendet werden. Furthermore, by detecting a freewheeling phase Ph Fl , as previously described in US Pat 3 and 4 described, not only the deceleration torque M gene of the electric machine 114 but also the efficiency μ of the electric machine 114 be determined in a very simple way. The efficiency is calculated as the quotient of the electrical power and the mechanical power, μ = P el / P mech . The electrical power P el is by means of the excitation current I Err the speed 122 (n gene ) of the electric machine 114 and the generator voltage U Gen, for example, determined from a map or model. The mechanical power P mech is determined from the deceleration moment M of the electric machine and the speed n Gen with P mech = 2 * Pi * M Gen * n gene . Thus, the efficiency of the electric machine can be determined in a very simple way. The speed 122 the electric machine 114 and the rotation speed (n Gen ) can be analogously used based on the above description.

Claims (10)

Verfahren zum Ermitteln von Freilaufphasen (PhFl) einer mit einem Freilauf (11) an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114), aufweisend die Schritte: a) Erfassen eines zeitlichen Verlaufs eines Phasensignal (121) der elektrischen Maschine (114), b) Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs einer Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) aus dem Phasensignal (121); c) Ermitteln zumindest einer Freilaufphase (PhFl) durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) zumindest im Zeitbereich einer abfallenden Flanke (124) einer oszillierenden Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine (114).Method for determining free-wheeling phases (Ph Fl ) one with a freewheel ( 11 ) to an internal combustion engine ( 112 ) coupled electric machine ( 114 ), comprising the steps of: a) detecting a time characteristic of a phase signal ( 121 ) of the electric machine ( 114 ), b) determining a time profile of a rotational speed ( 122 ) of the electric machine ( 114 ) from the phase signal ( 121 ); c) determining at least one freewheeling phase (Ph Fl ) by evaluating the temporal change of the rotational speed ( 122 ) of the electric machine ( 114 ) at least in the time domain of a falling edge ( 124 ) an oscillating speed oscillation of the electric machine ( 114 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) eine das Verzögerungsmoment (MGen) beeinflussende Stellgröße derart verändert wird, um die Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) zu variieren, wobei dann auf eine Freilaufphase (PhFl) geschlossen wird, wenn eine abfallenden Flanke (124) der Drehzahl (122) einer oszillierenden Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine (114) von der das Verzögerungsmoment (MGen) beeinflussende Stellgröße abhängig ist.A method according to claim 1, characterized in that before detecting the time course of the rotational speed ( 122 ) of the electric machine ( 114 ) a control variable influencing the deceleration moment (M Gen ) is changed in such a way as to change the rotational speed ( 122 ) of the electric machine ( 114 ), in which case a free-running phase (Ph Fl ) is concluded when a falling edge ( 124 ) the speed ( 122 ) an oscillating speed oscillation of the electric machine ( 114 ) depends on the delay moment (M gene ) influencing manipulated variable. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der das Verzögerungsmoment (MGen) der elektrischen Maschine (114) beeinflussenden Stellgröße, insbesondere eines Erregerstroms (IErr), getaktet erfolgt.Method according to Claim 2, characterized in that the change in the deceleration torque (M Gen ) of the electric machine ( 114 ) influencing manipulated variable, in particular an exciter current (I Err ), clocked takes place. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz größer, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor zwei größer als eine Frequenz der oszillierenden Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine (112) gewählt wird. A method according to claim 3, characterized in that the clock frequency is greater, more preferably at least by a factor of two greater than a frequency of the oscillating speed fluctuations of the internal combustion engine ( 112 ) is selected. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die betragsmäßige Variation der das Verzögerungsmoment (MGen) der elektrischen Maschine (114) beeinflussenden Stellgröße in einem Wertebereich mit einem unteren Schwellenwert (S1) und einem oberen Schwellenwert (S2) geregelt wird, wobei der untere Schwellenwert (S1) durch eine Detektionsschwelle der durch die Variation bewirkten Drehzahlschwankungen der elektrischen Maschine (114) gegeben ist und der obere Schwellenwert (S2) derart bestimmt ist, dass die hierdurch verursachte Änderung der Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) unterhalb einer Toleranzschwelle (ST) liegt.Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the magnitude variation of the deceleration torque (M gene ) of the electric machine ( 114 ) is controlled in a range of values having a lower threshold value (S 1 ) and an upper threshold value (S 2 ), wherein the lower threshold value (S 1 ) is determined by a detection threshold of the speed fluctuations of the electric machine ( 114 ) and the upper threshold value (S 2 ) is determined in such a way that the change in the rotational speed (S 2 ) caused thereby 122 ) of the electric machine ( 114 ) is below a tolerance threshold (S T ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufphase (PhFl) der elektrischen Maschine (114) durch Erfassen eines Zeitintervalls der Drehzahl (122) aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl (122) und Erfassen eines für den Freilaufzustand (PhFl) charakteristischen Verlaufs der Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) ermittelt wird, wobei das Zeitintervall ein Drehzahlmaximum, ein Drehzahlminimum und eine zwischen Drehzahlmaximum und Drehzahlminimum angeordneten abfallende Flanke (124) der Drehzahl (122) aufweist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the freewheeling phase (Ph Fl ) of the electric machine ( 114 ) by detecting a time interval of the rotational speed ( 122 ) from the time course of the speed ( 122 ) and detecting a characteristic of the free-wheeling state (Ph Fl ) characteristic of the rotational speed ( 122 ) of the electric machine ( 114 ), wherein the time interval is a maximum speed, a minimum speed and a trailing edge arranged between the maximum speed and the minimum speed (US Pat. 124 ) the speed ( 122 ) having. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall derart gewählt wird, dass dieses zusätzlich noch eine aufsteigende Flanke (126) der Drehzahl (122) aufweist, wobei die Freilaufphase (PhFl) durch Vergleich der aufsteigenden Flanke (126) der Drehzahl (122) und der absteigenden Flanke (124) der Drehzahl (122) ermittelt wird.A method according to claim 6, characterized in that the time interval is selected such that this additionally has a rising edge ( 126 ) the speed ( 122 ), wherein the freewheeling phase (Ph Fl ) by comparing the rising edge ( 126 ) the speed ( 122 ) and the descending flank ( 124 ) the speed ( 122 ) is determined. Recheneinheit (118), insbesondere Regler (120) für eine elektrische Maschine (114), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit ( 118 ), in particular regulators ( 120 ) for an electric machine ( 114 ), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (118) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit () ausgeführt wird. Computer program comprising a computing unit ( 118 ) to perform a method according to any one of the preceding claims when executed on the arithmetic unit (10). Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9. Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon according to claim 9.
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