DE102016221459A1 - Method for determining a rotational angle position of a crankshaft of an internal combustion engine - Google Patents

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    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Drehwinkelposition (α,α) einer Welle (17), insbesondere einer Kurbelwelle (17') einer Brennkraftmaschine (112), welche mit einer elektrischen Maschine (30), umfassend einen Rotor (32) und einen Stator (33), mit zumindest einer Phasenwicklung (U, V, W), direkt oder übersetzt gekoppelt ist, wobei zumindest ein Phasensignal (U, U, U, I, I, I) der elektrischen Maschine (30) zumindest einen Wert (W, W, W, W, W, W) aufweist, der jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors (32) auftritt, wobei ein Auftrittszeitpunkt zumindest eines Werts (W, W, W, W, W, W), zur Bestimmung einer Drehwinkellage (α) des Rotors (32) genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwinkelposition (α,α) der Welle aus der Drehwinkellage (α) des Rotors (32) und einem Winkelversatz (ϑ) berechnet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Recheneinheit, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining a rotational angle position (α, α) of a shaft (17), in particular of a crankshaft (17 ') of an internal combustion engine (112), comprising an electric machine (30) comprising a rotor (32) and a Stator (33), with at least one phase winding (U, V, W) is coupled directly or translated, wherein at least one phase signal (U, U, U, I, I, I) of the electric machine (30) at least one value ( W, W, W, W, W, W) which occurs in each case at least once per revolution of the rotor (32), wherein an occurrence time of at least one value (W, W, W, W, W), for determining a Rotation angle position (α) of the rotor (32) is used, characterized in that the rotational angular position (α, α) of the shaft from the rotational angular position (α) of the rotor (32) and an angular displacement (θ) is calculated. Furthermore, the invention relates to a corresponding arithmetic unit, which is set up to carry out the method, and to a computer program for carrying out the method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Drehwinkelposition einer Kurbelwelle, welche mit einer elektrischen Maschine, umfassend einen Rotor und einen Stator mit zumindest einer Phasenwicklung, direkt oder übersetzt gekoppelt ist.The present invention relates to a method for determining a rotational angular position of a crankshaft, which is coupled to an electric machine, comprising a rotor and a stator with at least one phase winding, directly or translated.

Stand der TechnikState of the art

Die Drehwinkelposition und die Drehzahl der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine sind wesentliche Eingangsgrößen für viele Funktionen der elektronischen Motorsteuerung. Zu ihrer Ermittlung, können auf einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine rotierenden Körper in gleichen Winkelabständen Markierungen vorgesehen sein. Das Vorbeistreichen einer Markierung infolge der Kurbelwellendrehung, kann durch einen Sensor erfasst und als elektrisches Signal an eine Auswertelektronik weitergegeben werden.The rotational angular position and the rotational speed of the crankshaft of an internal combustion engine are essential input variables for many functions of the electronic engine control. For their determination, marks may be provided on a body rotating with the crankshaft of the internal combustion engine at equal angular intervals. The passing of a mark as a result of the crankshaft rotation, can be detected by a sensor and passed as an electrical signal to an evaluation electronics.

Diese Elektronik bestimmt für die jeweilige Drehwinkelposition der Kurbelwelle, das jeweils hierfür hinterlegte Signal für die Markierung bzw. misst eine Zeitdifferenz zwischen zwei Markierungen und kann aufgrund des bekannten Winkelabstands zweier Markierungen zueinander, die Winkelgeschwindigkeit und daraus die Drehzahl ermitteln. Bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Motorrädern, Mopeds oder Krafträdern, können die Markierungen beispielweise durch Zähne eines metallischen Zahnrads, eines sogenannten Geberrads, bereitgestellt werden, welche durch ihre Bewegung in dem Sensor eine Änderung des Magnetfelds bewirken. Eine Lücke von einigen Zähnen kann als Bezugsmarke zur Erkennung der absoluten Position dienen.For the respective rotational angle position of the crankshaft, this electronics determines the respective marked signal for the marking or measures a time difference between two markings and can determine the angular velocity and therefrom the rotational speed due to the known angular distance between two markings. In motor vehicles, in particular motorcycles, mopeds or motorcycles, the markings can be provided, for example, by teeth of a metal gear, a so-called donor wheel, which cause a change in the magnetic field as a result of their movement in the sensor. A gap of some teeth can serve as a reference mark for the detection of the absolute position.

Während bei Pkws zumeist 60-2 Zähne verwendet werden (gleichmäßige Verteilung von 60 Zähnen, wobei zwei ausgespart bleiben), kommt bei Motor- bzw. Krafträdern beispielweise auch 36-2, 24-2 oder 12-3 Zähne zum Einsatz. Bei diesem indirekten Prinzip der Drehgeschwindigkeitsbestimmung bzw. Drehwinkelpositionsbestimmung der Kurbelwelle, wird die Auflösung des Drehzahlsignals bzw. die absolute Erfassung der Drehwinkelposition durch die Anzahl der Zähne und durch eine sichere Erkennung der Bezugsmarke bestimmt.While cars usually use 60-2 teeth (uniform distribution of 60 teeth, with two left out), motorcycles and motorcycles, for example, 36-2, 24-2 or 12-3 teeth are used. In this indirect principle of the rotational speed determination or rotational angular position determination of the crankshaft, the resolution of the rotational speed signal or the absolute detection of the rotational angular position is determined by the number of teeth and by a reliable detection of the reference mark.

Bei jedem modernen Fahrzeug mit Brennkraftmaschine, ist ein Generator verbaut, der durch die Drehung der Kurbelwelle angetrieben wird und elektrische Signale liefert, die zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie und dem Aufladen der Fahrzeugbatterie dienen. Der vorgesehene Betrieb eines Fahrzeugs ohne diesen Generator, ist nicht oder nur für kurze Zeit möglich.In any modern vehicle with internal combustion engine, a generator is installed, which is driven by the rotation of the crankshaft and provides electrical signals that are used to supply the vehicle with electrical energy and charging the vehicle battery. The intended operation of a vehicle without this generator, is not possible or only for a short time.

Eine Nutzung der elektrischen Ausgangsgrößen einer über die Kurbelwelle angetriebenen elektrischen Maschine (Generator), wird beispielweise in der EP 0 664 887 B1 zur Drehzahlbestimmung verwendet. Hierzu wird eine Phase des Generators als Referenz zur Verfügung gestellt, an welcher eine pulsierende Gleichspannung anliegt. Eine derartige Anordnung kann zudem dafür herangezogen werden, anhand der jeweiligen Phasensignale auch eine Abschätzung der Drehwinkelposition des Rotors der elektrischen Maschine und dadurch auch eine Drehwinkelposition der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu ermitteln, die jeweils direkt oder übersetzt miteinander gekoppelt sind. Eine hochaufgelöste Drehzahlbestimmung bzw. eine hochaufgelöste Bestimmung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle bzw. des Rotors der elektrischen Maschine, ist hierbei jedoch nicht realisiert.A use of the electrical output variables of a driven via the crankshaft electric machine (generator), for example, in the EP 0 664 887 B1 used for speed determination. For this purpose, a phase of the generator is provided as a reference to which a pulsating DC voltage is applied. Such an arrangement can also be used to determine an estimate of the rotational angular position of the rotor of the electric machine and thereby also a rotational angular position of the crankshaft of the internal combustion engine based on the respective phase signals, which are respectively coupled directly or translated. A high-resolution speed determination or a high-resolution determination of the rotational angular position of the crankshaft and the rotor of the electric machine, however, is not realized here.

Es wäre daher wünschenswert, eine Möglichkeit anzugeben, auch ohne den Einsatz zusätzlicher Bauteile eine hochaufgelöste Drehwinkelposition des Rotors der elektrischen Maschine bzw. der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, die zur Steuerung einer Brennkraftmaschine verwendbar ist, zu erhalten.It would therefore be desirable to provide a possibility, even without the use of additional components, a high-resolution rotational angular position of the rotor of the electric machine or the crankshaft of the internal combustion engine, which is used to control an internal combustion engine to obtain.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method with the features of claim 1 is proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Bei einem Verfahren zur Bestimmung einer Drehwinkelposition einer Welle, vorzugsweise einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftrades, welche mit einer elektrischen Maschine, umfassend einen Rotor und einen Stator mit zumindest einer Phasenwicklung direkt oder übersetzt, jedoch mit fester Winkelrelation zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, gekoppelt ist, wird aus zumindest einem Phasensignal der elektrischen Maschine, das zumindest einen Wert aufweist, der jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors der elektrischen Maschine auftritt, zur Bestimmung der Drehwinkellage des Rotors genutzt, wobei die Drehwinkelposition der Kurbelwelle aus der Drehwinkellage des Rotors und einem weiteren Winkelversatz berechnet wird. Grundsätzlich kann die Welle auch die Welle des Rotors sein, die mit dem Rotor drehfest gekoppelt ist.In a method for determining a rotational angular position of a shaft, preferably a crankshaft of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine of a motorcycle, which with an electric machine comprising a rotor and a stator with at least one phase winding directly or translated, but with a fixed angular relation between the rotor electric machine and the crankshaft of the internal combustion engine, is at least one phase signal of the electric machine having at least one value, each at least once per revolution of the rotor electrical machine occurs, used to determine the rotational angular position of the rotor, wherein the rotational angular position of the crankshaft is calculated from the rotational angular position of the rotor and a further angular offset. In principle, the shaft can also be the shaft of the rotor, which is rotatably coupled to the rotor.

Aufgrund der festen Kopplung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und des Rotors der elektrischen Maschine, kann bei Kenntnis der Drehwinkellage des Rotors auf die Drehwinkelposition der Kurbelwelle rückgeschlossen werden. Die exakte Drehwinkellage des Rotors ist aus einer unbelasteten elektrischen Maschine direkt aus der Leerlaufspannung der elektrischen Maschine ablesbar, da die relative Phasenlage der Leerlaufspannung mit der Drehwinkellage des Rotors übereinstimmt.Due to the fixed coupling of the crankshaft of the internal combustion engine and the rotor of the electric machine, the rotational angle position of the crankshaft can be deduced when the rotational angular position of the rotor is known. The exact rotational position of the rotor is read from an unloaded electrical machine directly from the open circuit voltage of the electric machine, since the relative phase position of the open circuit voltage coincides with the rotational angular position of the rotor.

Diese Relation gilt jedoch für eine belastete elektrische Maschine nicht, da es aufgrund des Stromflusses zu einer Verschiebung der Phasenlage kommt und entsprechend die Ausgangsspannung der elektrischen Maschine, die der Phasenspannung zumindest einer Phase der elektrischen Maschine entspricht, nicht mehr mit der der Drehwinkellage des Rotors übereinstimmt. Dieser Versatz der Winkellage zwischen der Ausgangsspannung der elektrischen Maschine und der tatsächlichen Winkellage des Rotors der elektrischen Maschine, wird gemeinhin als Polradwinkel bezeichnet.However, this relation does not apply to a loaded electric machine, since due to the current flow, the phase position is shifted and, correspondingly, the output voltage of the electrical machine, which corresponds to the phase voltage of at least one phase of the electrical machine, no longer coincides with the rotational angular position of the rotor , This offset of the angular position between the output voltage of the electric machine and the actual angular position of the rotor of the electric machine is commonly referred to as the pole wheel angle.

Somit kann durch eine Bestimmung der Drehwinkellage des Rotors und durch eine entsprechende Korrektur der Drehwinkellage durch den Winkelversatz des Polradwinkels eine Bestimmung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle mit verbesserter Genauigkeit und somit höherer Güte bereitgestellt werden.Thus, by determining the rotational angular position of the rotor and by a corresponding correction of the rotational angular position by the angular offset of the Polradwinkels a determination of the rotational angular position of the crankshaft with improved accuracy and thus higher quality can be provided.

Folglich lässt sich direkt aus den internen Signalen der elektrischen Maschine, eine hochaufgelöste Bestimmung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle bereitstellen, wodurch auf ein entsprechendes Geberrad zur Ermittlung der Drehwinkelposition bzw. der Drehzahl und der hiermit verbundenen Sensorik verzichtet werden kann. Hierdurch können Kosten eingespart werden, was insbesondere in Bezug auf günstigere Mopeds bzw. Leichtkrafträder von Vorteil ist. Zudem können die Steuerfunktionen, wie z. B. die Positionsberechnung der Einspritzung, Momentenberechnung bzw. Lernfunktionen zum genauen Bestimmen der OT-Lage und dergleichen, deutlich verbessert werden.Consequently, directly from the internal signals of the electric machine, a high-resolution determination of the rotational angle position of the crankshaft can be provided, which makes it possible to dispense with a corresponding transmitter wheel for determining the rotational angle position or rotational speed and the sensor system connected thereto. As a result, costs can be saved, which is particularly advantageous in terms of cheaper mopeds or light motorcycles. In addition, the control functions, such. As the position calculation of the injection, torque calculation or learning functions for accurately determining the TDC position and the like, can be significantly improved.

Die Phasensignale können auf verschiedene Weise gewonnen werden. Möglich ist beispielsweise eine Betrachtung der Phasenspannungen gegeneinander, eine Betrachtung der Phasenspannungen über die Dioden eines angeschlossenen Gleichrichters gegen dessen Potential der Ausgangsklemmen, sofern der Stator der elektrischen Maschine in Sternschaltung mit abgreifbarem Sternpunkt ist, eine Betrachtung der Ausgangsspannung der Stränge gegen den Sternpunkt oder eine vergleichbare Auswertung der Phasenströme.The phase signals can be obtained in various ways. Possible, for example, a consideration of the phase voltages against each other, a consideration of the phase voltages across the diodes of a connected rectifier against the potential of the output terminals, if the stator of the electric machine in star connection with tappable star point, a consideration of the output voltage of the strands against the neutral point or a comparable Evaluation of the phase currents.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, weisen die Werte aufsteigende Flanken des Phasensignals und abfallende Flanken des Phasensignals auf, bzw. sind entsprechend mit den aufsteigenden Flanken des Phasensignals und den abfallenden Flanken des Phasensignals korreliert, wobei die aufsteigenden Flanken des Phasensignals und/oder die abfallenden Flanken des Phasensignals zur Bestimmung der Drehwinkellage des Rotors herangezogen werden. Derartige Flanken des Phasensignals können grundsätzlich für eine besonders einfache Ermittlung des Auftretens eines charakteristischen Werts bzw. einer Schwelle des Phasensignals herangezogen werden, da diese besonders einfach im Verlauf eines Phasensignals mittels einer entsprechenden Schaltung erkennbar sind. Eine derartige Schaltung kann insbesondere in Form eines sogenannten Schmitt-Triggers ermittelt werden. Somit begrenzen eine aufsteigende Flanke und eine absteigende Flanke eines der Phasensignale einen Winkelbereich des Rotors, der von diesem innerhalb eines Zeitbereichs überstrichen wird. Dieser Winkelbereich bzw. dieses Winkelinkrement kann daher beim Erkennen einer aufsteigenden und/oder einer abfallenden Flanke des Phasensignals erkannt werden. Durch ein Heranziehen sowohl einer aufsteigenden Flanke und einer abfallenden Flanke desselben Phasensignals und/oder von aufsteigenden Flanken und/oder abfallenden Flanken unterschiedlicher Phasensignale, insbesondere direkt zeitlich benachbarter Phasensignale, kann die Genauigkeit einer Drehwinkelpositionsbestimmung der Kurbelwelle entsprechend erhöht werden. Es ist weiter bevorzugt, dass für eine Ermittlung der Drehwinkelposition sowohl zumindest eines der Phasenspannungssignale der statorseitigen Phasen bzw. zumindest ein Phasenstromsignal herangezogen werden können.In a further preferred embodiment of the invention, the values have rising edges of the phase signal and falling edges of the phase signal, or are correspondingly correlated with the rising edges of the phase signal and the falling edges of the phase signal, wherein the rising edges of the phase signal and / or the falling edges of the phase signal are used to determine the angular position of the rotor. Such flanks of the phase signal can be used in principle for a particularly simple determination of the occurrence of a characteristic value or a threshold of the phase signal, since these are particularly easy to detect in the course of a phase signal by means of a corresponding circuit. Such a circuit can be determined in particular in the form of a so-called Schmitt trigger. Thus, a rising edge and a falling edge of one of the phase signals define an angular range of the rotor which is swept by it within a time range. This angle range or angle increment can therefore be detected upon detection of an ascending and / or a falling edge of the phase signal. By taking both a rising edge and a falling edge of the same phase signal and / or rising edges and / or falling edges of different phase signals, in particular directly adjacent temporal phase signals, the accuracy of a rotational angular position of the crankshaft can be increased accordingly. It is further preferred that at least one of the phase voltage signals of the stator-side phases or at least one phase-current signal can be used to determine the rotational-angle position.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Polradwinkel bedingte Winkelversatz anhand einer Relation ermittelt, die eine Konstante und eine inverse Proportionalität zur Drehzahl der elektrischen Maschine aufweist. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die elektrische Maschine einen Regler zur Regelung der Bordnetzspannung, insbesondere der Batteriespannung, aufweist, wobei der Regler derart betrieben wird, dass der Winkelversatz stets invers proportional zur Drehzahl der elektrischen Maschine ist. Ein derartiger Regler, insbesondere ein Spannungsregler für eine Batterie, der zur Batterie parallel geschaltet sein kann, wird hierbei insbesondere im linearen Arbeitsbereich geregelt. Hierfür kann beispielsweise ein Stellglied, insbesondere ein Leistungstransistor verwendet werden, der im Triodenbereich arbeitet.In a further preferred embodiment of the invention, the pole wheel angle angle offset is determined by a relation which has a constant and an inverse proportionality to the rotational speed of the electric machine. In this case, it is particularly preferred that the electric machine has a controller for regulating the vehicle electrical system voltage, in particular the battery voltage, wherein the controller is operated such that the angular offset is always inversely proportional to the rotational speed of the electric machine. Such a regulator, in particular a voltage regulator for a battery which is parallel to the battery can be switched, this is regulated in particular in the linear workspace. For this purpose, for example, an actuator, in particular a power transistor can be used which operates in the triode region.

Durch eine derartige Regelung kann eine Ausgangsspannung (gleichgerichtete Phasenspannungen) bereitgestellt werden, die nahezu konstant in Bezug auf die Batteriespannung bzw. die Spannung des Bordnetzes eingeregelt wird. Der Winkelversatz zwischen Ausgangsspannung und Ausgangsstrom am Gleichrichter verschwindet in erster Näherung, da der den Phasen nachgeordnete Gleichrichter in Kombination mit einem größeren Energiespeicher im Bordnetz, z.B. einer Kfz-Batterie, näherungsweise als ohmsche Last wirkt. Somit kann gewährleistet werden, dass der Winkelversatz bzw. der Polradwinkel durch eine Konstante und einen Term, der invers proportional zur Drehzahl der elektrischen Maschine ist, angenähert werden kann. Hierdurch ergibt sich eine deutlich vereinfachte Ermittlung des Winkelversatzes bzw. des Polradwinkels, was eine noch genauere Ermittlung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle zulässt.By such a control, an output voltage (rectified phase voltages) can be provided, which is adjusted almost constant with respect to the battery voltage or the voltage of the electrical system. The angular offset between the output voltage and the output current at the rectifier disappears in a first approximation, since the phase-rectified rectifier in combination with a larger energy storage in the electrical system, e.g. a car battery, acts approximately as an ohmic load. Thus, it can be ensured that the angular offset or the rotor angle can be approximated by a constant and a term which is inversely proportional to the rotational speed of the electric machine. This results in a significantly simplified determination of the angular offset or the Polradwinkels, which allows an even more accurate determination of the rotational angular position of the crankshaft.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, wird die Drehzahl der elektrischen Maschine aus einer Zeitdifferenz zwischen zumindest zwei der Auftrittszeitpunkte der Werte des Phasensignals bestimmt.In a further preferred embodiment of the method, the rotational speed of the electric machine is determined from a time difference between at least two of the occurrence times of the values of the phase signal.

Auf diese Weise kann auf besonders einfache Art und Weise ohne die Verwendung zusätzlicher Sensoren und eines Geberrads, die Drehzahl direkt aus den Phasensignalen der elektrischen Maschine bestimmt werden, die ohnehin vorhanden sind.In this way, in a particularly simple manner without the use of additional sensors and a sensor wheel, the speed can be determined directly from the phase signals of the electric machine, which are present anyway.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, wird die Drehwinkelposition der Kurbelwelle durch Addition der Drehwinkellage des Rotors und des Winkelversatzes berechnet.In a further preferred embodiment of the method, the rotational angular position of the crankshaft is calculated by adding the rotational angular position of the rotor and the angular offset.

Auf diese Weise kann besonders einfach die tatsächliche Drehwinkelposition der Kurbelwelle, durch eine einfache Ermittlung der Drehwinkellage des Rotors aus den Phasensignalen und dem auf die zuvor beschriebene Weise ermittelten Winkelversatz bzw. den Polradwinkel, berechnet werden, ohne das hierfür die Verwendung weiterer Sensoren bzw. die Verwendung eines Geberrads erforderlich ist.In this way, the actual rotational angular position of the crankshaft, by a simple determination of the rotational angular position of the rotor from the phase signals and the angular displacement or the Polradwinkel determined in the manner described above, can be calculated in a particularly simple manner, without the use of additional sensors or sensors Use of a sensor wheel is required.

Dies ist insbesondere bei Verfahren für Krafträder, insbesondere kostengünstigen Klein-und/oder Leichtkrafträdern, von Vorteil, da dort zum Teil kein Geberrad vorhanden ist oder ein Geberrad grundsätzlich eine unzureichende Genauigkeit aufweist. Zum anderen kann mit Hilfe der Erfindung auch auf ein Geberrad verzichtet werden, was einen entsprechenden Kostenvorteil mit sich bringt.This is particularly advantageous in the case of methods for motorcycles, in particular cost-effective small and / or light motorcycles, since in some cases no encoder wheel is present or a transmitter wheel generally has an insufficient accuracy. On the other hand can be dispensed with a donor wheel with the help of the invention, which brings a corresponding cost advantage.

Alternativ kann jedoch auch eine vorhandene Drehwinkelpositionsmessung mittels eines Geberrads und eines Sensors unterstützt werden und die Auflösung entsprechend verbessert werden.Alternatively, however, an existing rotational angle position measurement by means of a transmitter wheel and a sensor can be supported and the resolution can be correspondingly improved.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, wird das Phasensignal (UU, UV, UW, IU, IV, IW) durch mehrere magnetische Erreger der elektrischen Maschine (30) erzeugt, wobei einer der magnetischen Erreger derart von den restlichen Erregern abweichend betrieben wird, dass das von diesem einen Erreger erzeugte Phasensignal (UU, UV, UW, IU, IV, IW) einen von den sonstigen Phasensignalen der sonstigen Erregen abweichenden Wert annimmt. Dies ist besonders vorteilhaft, da hierdurch eine feste Referenzposition festlegbar ist, um die Drehwinkellage des Rotors und daraus die Drehwinkelposition der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu bestimmen.In a further preferred embodiment of the method, the phase signal (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) is generated by a plurality of magnetic exciters of the electric machine (30), wherein one of the magnetic exciter of the operated residual excitation that the phase signal generated by this one exciter (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) assumes a value deviating from the other phase signals of the other excitation value. This is particularly advantageous since a fixed reference position can thereby be determined in order to determine the rotational angle position of the rotor and, therefrom, the rotational angular position of the crankshaft of the internal combustion engine.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, werden die Phasensignale der elektrischen Maschine mittels einer elektronischen Schaltung, insbesondere einem Motorsteuergerät verarbeitet. Dies ist besonders vorteilhaft, da für die exakte Drehwinkelpositionsbestimmung der Kurbelwelle kein weiteres Steuergerät implementiert werden muss, wobei auf Ressourcen zurückgegriffen werden kann, die ohnehin bereits vorhanden sind.In a further preferred embodiment of the invention, the phase signals of the electric machine are processed by means of an electronic circuit, in particular an engine control unit. This is particularly advantageous because no further control unit has to be implemented for the exact angular position determination of the crankshaft, it being possible to use resources which already exist anyway.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Drehwinkelposition der Kurbelwelle zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet. Eine Erfassung und Verarbeitung der Phasensignale der elektrischen Maschine durch das Motorsteuergerät, und eine entsprechende Ermittlung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle aus der Drehwinkellage des Rotors und dem Winkelversatz, kann entsprechend zur Steuerung der Zündzeitpunkte bzw. des Moments der Brennkraftmaschine im Steuergerät der Brennkraftmaschine herangezogen werden, das die Brennkraftmaschine ohnehin steuert. Somit kann sowohl die Steuerung der Brennkraftmaschine, als auch eine verbesserte Ermittlung der Drehwinkellage der Kurbelwelle im Motorsteuergerät zusammengefasst werden, wodurch sich weitere Synergieeffekte ergeben. Hierfür weist die verwendete Recheneinheit, die vorzugsweise als Motorsteuergerät für die Brennkraftmaschine ausgebildet ist, eine entsprechende integrierte Schaltung und/oder einen auf einem Speicher gespeichertes Computerprogramm auf, die zur Durchführung der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte eingerichtet sind.In a further preferred embodiment of the method, the rotational angle position of the crankshaft is used to control the internal combustion engine. A detection and processing of the phase signals of the electric machine by the engine control unit, and a corresponding determination of the rotational angular position of the crankshaft from the rotational angular position of the rotor and the angular displacement, can be used in accordance with the control of the ignition timing or the torque of the internal combustion engine in the control unit of the internal combustion engine controls the engine anyway. Thus, both the control of the internal combustion engine, as well as an improved determination of the angular position of the crankshaft in the engine control unit can be summarized, resulting in further synergy effects. For this purpose, the computing unit used, which is preferably designed as an engine control unit for the internal combustion engine is, a corresponding integrated circuit and / or stored on a memory computer program, which are adapted to carry out the method steps described above.

Die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das vorzugsweise auf einem Datenträger, insbesondere einem Speicher in Form von Software gespeichert ist, und in der Recheneinheit zur Ausführung des Verfahrens zur Verfügung steht bzw. das Vorsehen einer integrierten Schaltung, insbesondere eines ASIC, ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondre dann, wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird, und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie sie vielfach aus dem Stand der Technik bekannt sind.The implementation of the method in the form of a computer program, which is preferably stored on a data medium, in particular a memory in the form of software, and is available in the arithmetic unit for executing the method or the provision of an integrated circuit, in particular an ASIC, is advantageous because this causes very low costs, esp. when an executive controller is still used for other tasks, and therefore exists anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, as are frequently known from the prior art.

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

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt schematisch ein Geberrad mit Sensor, insbesondere zur Drehzahlbestimmung gemäß dem Stand der Technik; 1 schematically shows a sensor wheel with sensor, in particular for speed determination according to the prior art;
  • 2a bis c zeigen eine schematische Darstellung einer an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine (a, b), und die dazugehörigen Signalverläufe (c); 2a to c show a schematic representation of a coupled to an internal combustion engine electric machine (a, b), and the associated waveforms (c);
  • 3 zeigt schematisch eine elektrische Maschine, mit den entsprechenden zugehörigen Phasensignalen; 3 schematically shows an electric machine, with the corresponding associated phase signals;
  • 4a und 4b zeigen mögliche Spannungsverläufe der Phasen einer dreiphasigen elektrischen Maschine; 4a and 4b show possible voltage curves of the phases of a three-phase electric machine;
  • 5a und 5b zeigen ein einphasiges vereinfachtes Ersatzschaltbild einer elektrischen Maschine (a), sowie das dazugehörige Zeigerdiagramm der Phasenspannungsvektoren (b); 5a and 5b show a single-phase simplified equivalent circuit diagram of an electrical machine (a), and the associated phasor diagram of the phase voltage vectors (b);
  • 6 zeigt eine Reglerschaltung, die einem Gleichrichter einer elektrischen Maschine nachgelagert ist und zur Regelung der Batteriespannung eingerichtet ist, und 6 shows a regulator circuit which is downstream of a rectifier of an electric machine and is adapted to control the battery voltage, and
  • 7 und 8 zeigen den Verlauf des Winkelversatzes bzw. des Polradwinkels über der Drehzahl der elektrischen Maschine (7) und den Winkelversatz bzw. den Polradwinkel über der Flankenzeit zwischen den Flanken eines Phasensignals (8). 7 and 8th show the course of the angular offset or the Polradwinkels on the speed of the electric machine (7) and the angular offset or the Polradwinkel over the edge time between the edges of a phase signal (8).

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 sind schematisch ein Geberrad 20 und ein zugehöriger induktiver Sensor 10 dargestellt, wie sie im Stand der Technik zur Drehzahlbestimmung bzw. zur näherungsweisen Ermittlung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle benutzt werden. Das Geberrad 20 ist dabei fest mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden und der Sensor 10 ist ortsfest an einer geeigneten Stelle angebracht.In 1 are schematically a donor wheel 20 and an associated inductive sensor 10 represented, as used in the prior art for speed determination or for the approximate determination of the rotational angular position of the crankshaft. The donor wheel 20 is firmly connected to a crankshaft of an internal combustion engine and the sensor 10 is fixed in a suitable place.

Das Geberrad 20, üblicherweise aus einem ferromagnetischen Material, weist Zähne 22 auf, die an der Außenseite mit einem Abstand 21 zwischen zwei Zähnen 22 angeordnet sind. An einer Stelle auf der Außenseite weist das Geberrad 20 eine Lücke 23 in der Länge einer vorbestimmten Anzahl von Zähnen auf. Diese Lücke 23 dient als Bezugsmarke zur Erkennung einer absoluten Position des Geberrads 20.The donor wheel 20 , usually made of a ferromagnetic material, has teeth 22 on the outside at a distance 21 between two teeth 22 are arranged. At one point on the outside, the sender wheel points 20 a gap 23 in the length of a predetermined number of teeth. This gap 23 serves as a reference mark for detecting an absolute position of the encoder wheel 20 ,

Der Sensor 10 weist einen Stabmagnet auf, an welchem ein weichmagnetischer Polstift angebracht ist. Der Polstift wiederum ist von einer Induktionsspule 13 umgeben. Bei Rotation des Geberrads laufen abwechselnd Zähne 22 und zwischen jeweils zwei Zähnen liegende Leerräume an der Induktionsspule 13 des Sensors 10 vorbei. Da das Geberrad und somit auch die Zähne 22 aus einem ferromagnetischen Material sind, wird bei der Rotation in der Spule ein Signal induziert, womit zwischen einem Zahn 22 und einem Luftspalt unterschieden werden kann.The sensor 10 has a bar magnet to which a soft magnetic pole pin is attached. The pole pin in turn is of an induction coil 13 surround. When the encoder wheel rotates, teeth alternate 22 and between each two teeth lying voids on the induction coil 13 of the sensor 10 past. As the donor wheel and thus the teeth 22 are made of a ferromagnetic material, a signal is induced during rotation in the coil, which between a tooth 22 and an air gap can be distinguished.

Durch Korrelation einer Zeitdifferenz zwischen zwei Zähnen mit einem Winkel, den diese zwei Zähne einschließen, können die Winkelgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl und darüber hinaus auch die entsprechende Winkelposition der Kurbelwelle näherungsweise berechnet werden. By correlating a time difference between two teeth at an angle included by these two teeth, the angular velocity and, moreover, also the corresponding angular position of the crankshaft can be approximately calculated.

An der Lücke 23 weist das induzierte Signal in der Induktionsspule einen anderen Verlauf auf, als bei den ansonsten sich mit Leerräumen abwechselnden Zähnen 22. Auf diese Art ist eine absolute Positionsmarke, jedoch nur in Bezug auf eine volle Kurbelwellenumdrehung, möglich.At the gap 23 the induced signal in the induction coil has a different course than in the otherwise alternating with empty spaces teeth 22 , In this way, an absolute position mark, but only in relation to a full crankshaft revolution, possible.

In 2a ist eine Brennkraftmaschine 112 abgebildet, an die direkt oder übersetzt gekoppelt eine elektrische Maschine 30 angebunden ist, wobei die elektrische Maschine 30 durch die Kurbelwelle 17' der Brennkraftmaschine 112 angetrieben wird. Somit weist die Drehzahl nGen der elektrischen Maschine 130 und die Drehzahl nBKM der Kurbelwelle 17' sowie die Winkelposition α1 des Rotors der elektrischen Maschine 30 und die Drehwinkelposition α der Kurbelwelle 17' ein festes Verhältnis zueinander auf. Der elektrischen Maschine 30 ist zudem ein Laderegler LR zugeordnet, der die Batterie B innerhalb des Bordnetzes 110, entsprechend der noch verbleibenden Kapazität der Batterie B, mit Energie versorgt. Des Weiteren ist eine Recheneinheit, insbesondere ein Motorsteuergerät 122 vorgesehen, das Daten über eine Kommunikationsverbindung 124 mit der elektrischen Maschine 30 bzw. mit der Brennkraftmaschine 112 austauscht und dazu eingerichtet ist, die Brennkraftmaschine 112 und die elektrische Maschine 30 entsprechend anzusteuern.In 2a is an internal combustion engine 112 pictured, to which directly or translated coupled an electric machine 30 Tied, the electric machine 30 through the crankshaft 17 ' the internal combustion engine 112 is driven. Thus, the speed n gene of the electric machine 130 and the rotational speed n BKM of the crankshaft 17 ' and the angular position α 1 of the rotor of the electric machine 30 and the rotational angular position α of the crankshaft 17 ' a fixed relationship to each other. The electric machine 30 In addition, a charge controller LR is assigned, the battery B within the electrical system 110 , according to the remaining capacity of the battery B, supplied with energy. Furthermore, a computing unit, in particular an engine control unit 122 provided the data over a communication connection 124 with the electric machine 30 or with the internal combustion engine 112 exchanged and set up, the internal combustion engine 112 and the electric machine 30 to control accordingly.

In 2b ist die elektrische Maschine 30 nochmals in vergrößerter Form schematisch dargestellt. Die elektrische Maschine 30 weist einen eine Welle 17 aufweisenden Rotor 32 mit einer Erregerwicklung und einem Stator 33 mit Ständerwicklung auf. Es handelt sich daher um eine fremderregte Maschine, wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeugen üblich ist. Insbesondere für Krafträder, insbesondere bei Klein- und Leichtkrafträdern, werden jedoch meist Motoren mit Permanentmagneten, d. h. permanenterregte elektrische Maschine eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung können grundsätzlich beide Arten von elektrischen Maschinen verwendet werden, wobei insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren nicht von der Verwendung der jeweiligen Art der elektrischen Maschine - permanenterregte elektrische Maschine oder fremderregte elektrische Maschine - abhängt.In 2 B is the electric machine 30 again schematically shown in enlarged form. The electric machine 30 has a shaft 17 having rotor 32 with a field winding and a stator 33 with stator winding on. It is therefore a foreign-excited machine, as is customary especially in motor vehicles. In particular, for motorcycles, especially in small and light motorcycles, however, motors are usually used with permanent magnets, ie permanent-magnet electric machine. In principle, both types of electric machines can be used within the scope of the invention, wherein in particular the method according to the invention does not depend on the use of the respective type of electric machine - permanently excited electric machine or externally excited electric machine.

Beispielhaft ist die elektrische Maschine 30 als Drehstromgenerator ausgebildet, in welcher drei zueinander um 120° phasenverschobenen Phasenspannungssignale induziert werden. Derartige Drehstromlichtmaschinen werden üblicherweise als Generatoren in modernen Kraftfahrzeugen verwendet und sind für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Im Rahmen der Erfindung können grundsätzlich alle elektrischen Maschinen unabhängig von der Anzahl ihrer Phasen verwendet werden, wobei insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren nicht von der Verwendung der jeweiligen Art der elektrischen Maschine abhängt.Exemplary is the electric machine 30 designed as an alternator, in which three mutually phase-shifted by 120 ° phase voltage signals are induced. Such three-phase generators are commonly used as generators in modern motor vehicles and are suitable for carrying out a method according to the invention. In the context of the invention, basically all electric machines can be used independently of the number of their phases, wherein in particular the method according to the invention does not depend on the use of the respective type of electrical machine.

Die drei Phasen des Drehstromgenerators 30 sind mit U, V, W bezeichnet. Über das als Plusdioden 34 und Minusdioden 35 ausgebildete Gleichrichtelement, werden die an den Phasen abfallenden Spannungen gleichgerichtet. Zwischen den Polen B+ und B- liegt somit eine Generatorspannung UG, bei welcher der Minuspol auf Masse liegt, an. Von einem derartigen Drehstromgenerator 30 werden beispielsweise eine Batterie B bzw. andere Verbraucher innerhalb des Bordnetzes 110 versorgt.The three phases of the alternator 30 are denoted by U, V, W. About as plus diodes 34 and minus diodes 35 trained rectifying element, the strained at the phases voltages are rectified. Between the poles B + and B- there is thus a generator voltage U G at which the negative pole is grounded. From such a three-phase generator 30 For example, a battery B or other consumers within the electrical system 110 provided.

In 2c sind drei Diagramme dargestellt, die die zugehörigen Spannungsverläufe gegenüber dem Drehwinkel des Rotors 32 der elektrischen Maschine 30 zeigen. Im oberen Diagramm sind die Spannungsverläufe an den Phasen U, V, W und die zugehörige Phasenspannung UP eingetragen. Allgemein versteht sich, dass die in diesem Diagramm und in den nachfolgenden Diagrammen angegebenen Zahlen und Wertebereiche lediglich exemplarisch sind, und daher die Erfindung im Grundsatz nicht beschränken.In 2c are three diagrams showing the associated voltage waveforms with respect to the rotation angle of the rotor 32 the electric machine 30 demonstrate. In the upper diagram, the voltage curves at the phases U, V, W and the associated phase voltage U P are entered. It is generally understood that the numbers and ranges of values given in this diagram and in the subsequent diagrams are merely exemplary, and therefore do not limit the invention in principle.

Im mittleren Diagramm ist die Generatorspannung UG, die durch die Hüllkurven der positiven und negativen Halbwellen der Spannungsverläufe U, V, W gebildet wird, gezeigt.In the middle diagram, the generator voltage U G , which is formed by the envelopes of the positive and negative half-waves of the voltage waveforms U, V, W, shown.

Im unteren Diagramm ist schließlich die gleichgerichtete Generatorspannung UG- (vgl. 2a), zusammen mit dem Effektivwert UGeff dieser Generatorspannung UG-, die zwischen B+ und B- anliegen, gezeigt.Finally, in the lower diagram, the rectified generator voltage U G (cf. 2a ), together with the rms value U Geff of this generator voltage U G- applied between B + and B-.

In 3 ist schematisch der Stator 33 mit den Phasen U, V, W, sowie den Plusdioden 34 und Minusdioden 35 aus 2a gezeigt. Grundsätzlich versteht sich, dass die hier abgebildeten Gleichrichterelemente in Form von Plusdioden 34 und Minusdioden 35 im Falle eines aktiven Gleichrichters auch als Transistoren, insbesondere MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), ausgebildet sein können (nicht dargestellt). Zudem ist die im Folgenden benutzte Nomenklatur der auftretenden Spannungen und Ströme dargestellt.In 3 is schematically the stator 33 with the phases U, V, W, and the plus diodes 34 and minus diodes 35 out 2a shown. Basically, it is understood that the rectifier elements shown here in the form of positive diodes 34 and minus diodes 35 in the case of an active rectifier also as transistors, in particular MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistor) may be formed (not shown). In addition, the following nomenclature of the occurring voltages and currents is shown.

UU, UV, UW bezeichnen die Phasenspannungen der zugehörigen Phasen U, V, W, wie sie zwischen einem Außenleiter und dem Sternpunkt des Stators 33 abfallen. UUV, UVW, UWU, bezeichnen die Spannungen zwischen zwei Phasen bzw. deren zugehörigen Außenleitern. U U , U V , U W denote the phase voltages of the associated phases U, V, W, as between an outer conductor and the neutral point of the stator 33 fall off. U UV , U VW , U WU , denote the voltages between two phases or their associated outer conductors.

IU, IV, IW bezeichnen die Phasenströme vom jeweiligen Außenleiter einer Phase U, V, W zum Sternpunkt. I bezeichnet den Gesamtstrom aller Phasen nach der Gleichrichtung.I U , I V , I W denote the phase currents from the respective outer conductor of a phase U, V, W to the neutral point. I denotes the total current of all phases after rectification.

In 4a sind nun drei Phasenspannungen UU, UV, UW mit Potentialbezug auf B- in drei Diagrammen gegenüber der Zeit dargestellt, wie sie in einem Generator mit einem Außenpolläufer mit sechs Permanentmagneten auftreten. Diese Darstellung einer elektrischen Maschine 30, mit einer dreiphasigen Statorwicklung 33 ist lediglich beispielhaft zu sehen, wobei grundsätzlich, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, das erfindungsgemäße Verfahren auch auf einem Generator mit einer entsprechend bedarfsgerechten Anzahl an Phasen oder Permanentmagneten oder Erreger-Spulen ausführbar ist. Ebenfalls können statt einer Stern-Verschaltung der Stator-Spulen auch eine Dreiecks-Verschaltung oder weitere Verschaltungsweisen gewählt werden.In 4a Now three phase voltages U U , U V , U W are shown with potential reference to B- in three diagrams over time, as they occur in a generator with a Außenpolläufer with six permanent magnets. This illustration of an electric machine 30 , with a three-phase stator winding 33 is merely to be seen by way of example, wherein in principle, without limitation of generality, the method according to the invention can also be carried out on a generator with a correspondingly needs-based number of phases or permanent magnets or exciter coils. Likewise, instead of a star connection of the stator coils, it is also possible to select a triangular connection or other types of connection.

Bei einer elektrischen Maschine 30 mit Stromabgabe, ist der Verlauf der Phasenspannungen UU, UV, UW in erster Näherung rechteckförmig. Dies erklärt sich insbesondere dadurch, dass durch die Generatorspannung entweder die Plus- oder die Minusdioden in Flussrichtung leiten, und daher entweder in etwa 15-16 Volt (Batterieladespannung bei 12V Bleisäure-Akkumulator und Spannung an Plusdioden), oder Minus 0,7-1 Volt (Spannung an Minusdioden), gemessen wird. Bezugspotential der Messung ist jeweils Masse. Es können auch andere Bezugspotentiale wie zum Beispiel der Sternpunkt des Stators gewählt werden. Diese ergeben abweichende Signalverläufe ändern jedoch nicht die auswertbaren Informationen, deren Gewinnung und Auswertung.In an electric machine 30 with current output, the course of the phase voltages U U , U V , U W in the first approximation is rectangular. This is explained in particular by the fact that either the plus or the minus diodes conduct in the direction of flow through the generator voltage, and therefore either approximately 15-16 volts (battery charging voltage at 12V lead-acid accumulator and voltage at plus diodes), or minus 0.7-1 Volt (voltage to negative diodes) is measured. Reference potential of the measurement is in each case mass. Other reference potentials such as the star point of the stator can also be selected. However, these deviate waveforms do not change the evaluable information, their extraction and evaluation.

Grundsätzlich können die Phasensignale (UU, UV, UW, IU, IV, IW) auf verschiedene Weise gewonnen werden. Möglich ist beispielsweise eine Ermittlung der Phasenspannungen gegeneinander (UUV, UUW, UWU), eine Ermittlung der Phasenspannungen über die Dioden eines angeschlossenen Gleichrichters gegen dessen Ausgangsklemmen (B+, B-), sofern der Stator der elektrischen Maschine in Sternschaltung mit abgreifbarem Sternpunkt ist, eine Betrachtung der Ausgangsspannung der Stränge gegen den Sternpunkt (UU, UV, UW) oder eine vergleichbare Auswertung der Phasenströme.In principle, the phase signals (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) can be obtained in various ways. Possible, for example, a determination of the phase voltages against each other (U UV , U UW , U WU ), a determination of the phase voltages across the diodes of a connected rectifier against the output terminals (B +, B-), if the stator of the electric machine in star connection with tappable star point is a consideration of the output voltage of the strands against the neutral point (U U , U V , U W ) or a comparable evaluation of the phase currents.

In 4b sind die Phasenspannungen UU, UV, UW aus 4a in einem Diagramm zusammen aufgetragen. Hierbei ist deutlich der gleichmäßige Phasenversatz zu erkennen.In 4b the phase voltages U U , U V , U W are off 4a plotted together in a diagram. Here, the uniform phase offset can be clearly seen.

Während einer vollen Umdrehung des Rotors 32 der elektrischen Maschine 30, werden die Spannungssignale durch sechs Magnete (insbesondere Permanentmagnete), die sogenannten Polpaare, sechs Mal wiederholt. Dementsprechend treten pro Phase, d. h. pro Phasenspannung UU, UV, UW pro Umdrehung des Rotors 32 sechs fallende Flanken FLD und sechs steigende Flanken FLu (für die jeweiligen Phasen FLUU, FLVU, FLWU und FLUD, FLVD, FLWD) auf.During a full turn of the rotor 32 the electric machine 30 , the voltage signals are repeated six times by six magnets (in particular permanent magnets), the so-called pole pairs. Accordingly occur per phase, ie per phase voltage U U , U V , U W per revolution of the rotor 32 six falling edges FL D and six rising edges FLu (for the respective phases FL UU , FL VU , FL WU and FL UD , FL VD , FL WD ).

Diese Flanken legen einen Winkelabschnitt fest, nämlich genau den Winkelabschnitt, der durch die Magnete entlang des radialen Umfangs des Stators abgedeckt ist. Demnach lässt sich bei Erkennen der jeweiligen Flanken FLU, bzw. FLD, bei Kenntnis eines absoluten Bezugspunkts pro Umlauf, der beispielsweise anhand eines Referenzmagneten mit von den sonstigen Magneten abweichender Charakteristik der Phasenspannung UU, UV, UW gekennzeichnet ist, ermittelt werden.These flanks define an angular section, namely exactly the angular section which is covered by the magnets along the radial circumference of the stator. Accordingly, upon detection of the respective flanks FL U , or FL D , with knowledge of an absolute reference point per circulation, which is characterized, for example, by means of a reference magnet with a characteristic deviating from the other magnets of the phase voltage U U , U V , U W become.

Mit geeigneten Mitteln können nun sowohl die fallenden Flanken FLD als auch die steigenden Flanken FLu erkannt werden. Beispielsweise kann für jede Phasenspannung mittels eines sogenannten Schmitt-Triggers ein TTL-Signal generiert und an ein Steuergerät übermittelt werden. Die benötigten Schmitt-Trigger können entweder im Steuergerät oder in der Steuerelektronik, beispielsweise einem Steuergerät, einem Regler für die Batteriespannung und/oder im Fall eines aktiven Gleichrichters, im jeweiligen Generatorregler integriert oder diesen auch extern zugeordnet sein. Die einzelnen TTL-Signale können insbesondere für den Fall der Verwendung eines Steuergerät, insbesondere eines Motorsteuergeräts 122 (vgl. 2a), über je eine Leitung, oder durch eine vorgelagerte Kombinationselektronik oder anderes geeignet zusammengefasst, über nur eine Datenleitung 124 (vgl. 2a) übermittelt werden.With suitable means, both the falling flanks FL D and the rising flanks FLu can now be detected. For example, a TTL signal can be generated for each phase voltage by means of a so-called Schmitt trigger and transmitted to a control unit. The required Schmitt triggers can either be integrated in the control unit or in the control electronics, for example a control unit, a controller for the battery voltage and / or in the case of an active rectifier, in the respective generator controller or externally assigned to this. The individual TTL signals can be used in particular for the case of using a control device, in particular an engine control device 122 (see. 2a ), in each case suitably combined via one line, or by an upstream combination electronics or another, via only one data line 124 (see. 2a ).

In 4b sind den Enden der jeweiligen fallenden Flanken der Phasenspannung UU, UV, UW jeweils Werte WU, WV, WW zugeordnet, die auch als WUd, WVd, WWd bezeichnet werden. Gleichermaßen können auch den steigenden Flanken FLu entsprechende Werte WUu, WVu, WWu zugeordnet werden. Diese Werte können der Erkennung einer Drehwinkellage α1 des Rotors 32 bzw. einem durch die Polpaare des Stators 33 festgelegten Winkelinkrements dienen. Auch eine Erkennung der Drehwinkellage α1 des Rotors 32 anhand der Plateaubereiche der Phasensignale oder anderen Bereichen dazwischen ist möglich. Gleichermaßen können die Werte auch dazu genutzt werden, anhand von Zeitdifferenzen Δt1, Δt2, Δt3, die Drehzahl des Generators zu ermitteln.In 4b the values of the values W U , W V , W W assigned to the ends of the respective falling edges of the phase voltage U U , U V , U W , which are also referred to as W Ud , W Vd , W Wd . Likewise, the rising edges Flu respective values W are assigned Uu, Vu W, W Wu. These values can be used to detect a rotational angle position α 1 of the rotor 32 or one through the pole pairs of the stator 33 serve specified angle increments. Also, a detection of the angular position α 1 of the rotor 32 from the plateau areas of the phase signals or other areas in between is possible. Similarly, the values can also be used to determine the speed of the generator based on time differences Δt 1 , Δt 2 , Δt 3 .

Hierbei treten bei einer gleichmäßigen Anordnung der sechs Permanentmagnete in der elektrischen Maschine 30, insgesamt 18 fallende Flanken FLd und somit 18 zugehörige Werte pro Umdrehung in jeweils gleichen Abständen zueinander auf. Während eine Zeitdifferenz Δt1, Δt2, oder Δt3 wird somit ein Winkel 360°/18 = 20° überstrichen. Wie bereits eingangs erwähnt, kann dies auch zur Erkennung der Drehwinkellage α1 des Rotors 32 herangezogen werden, wobei die beispielhaft ermittelten 20° das detektierbare Winkelinkrement darstellt. Zudem lässt sich hieraus auch die Winkelgeschwindigkeit ωi ermitteln. Diese ergibt sich aus ωi = 20°/Δti und die dazugehörige Drehzahl ni aus ni = (ωi/360°·60s/min in Umdrehungen pro Minute.This occurs in a uniform arrangement of the six permanent magnets in the electric machine 30 , a total of 18 falling flanks FLd and thus 18 associated values per revolution at equal distances from each other. During a time difference .DELTA.t 1 , .DELTA.t 2 , or .DELTA.t 3 thus an angle 360 ° / 18 = 20 ° is swept over. As already mentioned, this can also be used to detect the angular position α 1 of the rotor 32 are used, wherein the 20 ° determined by way of example represents the detectable angle increment. In addition, the angular velocity ω i can be determined from this. This results from ω i = 20 ° / Δt i and the associated speed n i from n i = (ω i / 360 ° x 60 s / min in revolutions per minute.

Es versteht sich grundsätzlich, dass alternativ zu den fallenden Flanken FLD auch die steigenden Flanken zur Ermittlung der Drehwinkellage α1 des Rotors 32 als auch zur Ermittlung der Momentandrehzahl nGen der elektrischen Maschine 30 verwendbar sind. Durch die doppelte Anzahl an Werten pro Umdrehung, ergibt sich dementsprechend eine höhere Auflösung, sowohl der Drehwinkellage α1 des Rotors 32, als auch der Drehzahl nGen. Zudem können die Flanken der Phasen auf vielfältige weitere Art und Weise ausgewertet werden, beispielsweise durch die zeitlichen Abstände der steigenden Flanken FLU und fallenden Flanken FLD jeweils der gleichen Phasen oder von den jeweiligen Phasen zueinander oder durch den zeitlichen Abstand von steigenden Flanken FLU bzw. fallenden Flanken FLD der gleich Phase, oder aller Phasen zusammen.It is basically understood that as an alternative to the falling flanks FL D and the rising edges for determining the rotational angle position α 1 of the rotor 32 as well as to determine the instantaneous speed n gene of the electric machine 30 are usable. By twice the number of values per revolution, there is accordingly a higher resolution, both of the rotational angle position α 1 of the rotor 32 , as well as the speed n gene . In addition, the edges of the phases can be evaluated in a variety of other ways, for example by the time intervals of the rising edges FL U and falling edges FL D each of the same phases or from the respective phases to each other or by the time interval of rising edges FL U or falling flanks FL D the same phase, or all phases together.

Neben den aufsteigenden Flanken FLU und abfallenden Flanken FLD können für eine verbesserte Auflösung der Ermittlung der Drehwinkellage α1 des Rotors 32 bzw. einer Drehzahlerkennung nGen, auch die Nulldurchgänge der Phasensignale UU, UV, UW herangezogen werden.In addition to the rising flanks FL U and falling flanks FL D can for an improved resolution of the determination of the angular position α 1 of the rotor 32 or a speed detection n gene , the zero crossings of the phase signals U U , U V , U W are used.

Die tatsächliche Drehwinkellage α1 des Rotors 32 und dessen Welle 17 und damit die Drehwinkelposition α der Kurbelwelle 17', lassen sich aus den elektrischen Signalen der elektrischen Maschine 30, insbesondere den Phasensignalen UU, UV, UW, bzw. den dazugehörigen Phasenströmen IU, IV, IW lediglich mit unzureichender Genauigkeit bestimmen, da im Falle einer belasteten elektrischen Maschine 30 infolge des Stromflusses, es zu einem systematischen Fehler in Form eines Winkelversatzes zwischen der Phasenlage der Phasensignale UU, UV, UW, bzw. IU, IV, IW und der tatsächlichen Drehwinkellage α1 des Rotors 32 kommt. Dies wird in den nachfolgenden Abbildungen näher erläutert.The actual angular position α 1 of the rotor 32 and its wave 17 and thus the rotational angle position α of the crankshaft 17 ' , can be derived from the electrical signals of the electric machine 30 , In particular the phase signals U U , U V , U W , or the associated phase currents I U , I V , I W determine only with insufficient accuracy, since in the case of a loaded electrical machine 30 As a result of the current flow, there is a systematic error in the form of an angular offset between the phase angle of the phase signals U U , U V , U W , or I U , I V , I W and the actual rotational position α 1 of the rotor 32 comes. This is explained in more detail in the following figures.

In 5a ist eine schematische Darstellung eines einphasigen vereinfachten Ersatzschaltbilds einer elektrischen Maschine gezeigt, und in 5b ist entsprechend die Beziehung zwischen den einzelnen Spannungen bzw. Strömen und deren relativer Phasenversatz zueinander in einem Zeigerdiagramm dargestellt. Die aus diesem Einphasenersatzschaltbild ermittelten Erkenntnisse lassen sich grundsätzlich auch auf eine mehrphasige elektrische Maschine, wie sie beispielsweise in der vorangegangenen Beschreibung gezeigt ist, übertragen. Aus dem einphasigen Ersatzschaltbild der elektrischen Maschine aus 5 a) und dem zugehörigen, in 5 b) gezeigten Zeigerdiagramm, lässt sich eine Spannungsgleichung für eine belastete elektrische Maschine herleiten, diese lautet wie folgt: U P = jX * I + U ,

Figure DE102016221459A1_0001
wobei U der Ausgangsspannung der elektrischen Maschine 30, UP der Leerlaufspannung der elektrischen Maschine ohne Belastung und l * jX dem Spannungsabfall UX, der aufgrund des Stromflusses durch die elektrische Maschine und aufgrund der Reaktanz X der elektrischen Maschine im Generator abfällt, entspricht.In 5a is a schematic representation of a single-phase simplified equivalent circuit diagram of an electrical machine shown, and in 5b Accordingly, the relationship between the individual voltages or currents and their relative phase offset to each other in a vector diagram is shown. The findings determined from this single-phase equivalent circuit diagram can basically also be applied to a multi-phase electrical machine, as shown for example in the preceding description. From the single-phase equivalent circuit diagram of the electrical machine 5 a) and the associated, in 5 b), a voltage equation for a loaded electrical machine can be derived, which is as follows: U P = jX * I + U .
Figure DE102016221459A1_0001
where U is the output voltage of the electric machine 30 , U P of the open circuit voltage of the electric machine without load and l * jX the voltage drop U X , which falls due to the current flow through the electric machine and due to the reactance X of the electric machine in the generator corresponds.

Hierbei entspricht die Leerlaufspannung UP der elektrischen Maschine 30, der idealen induzierten Spannung, die mit der Drehwinkellage α1 des Rotors 32 bezüglich der Phase übereinstimmt. Hierbei ist entsprechend der Winkelversatz ϑ, der dem Polradwinkel entspricht, gleich null. Somit spiegelt die Phasenbeziehung der Leerlaufspannung UP exakt der geometrischen Bewegung des Rotors 32 wieder und gibt somit dessen exakte Winkellage - im unbelasteten Zustand der elektrischen Maschine 30 - an.Here, the no-load voltage U P corresponds to the electric machine 30 , the ideal induced voltage, with the angular position α 1 of the rotor 32 with respect to the phase. Here, corresponding to the angular offset θ, which corresponds to the Polradwinkel, equal to zero. Thus, the phase relationship of the open circuit voltage U P exactly reflects the geometric movement of the rotor 32 again and thus gives its exact angular position - in the unloaded state of the electrical machine 30 - at.

Aufgrund der Belastung der elektrischen Maschine 30 und des daraus resultierenden Stromflusses I, eilt die Ausgangsspannung U des belasteten Generators 30 in Bezug auf deren Phase der induzierten Leerlaufspannung UP hinterher, wobei sich der Winkelversatz zwischen U und UP durch den Winkelversatz ϑ, dem sogenannten Polradwinkel ergibt. Dieser ist grundsätzlich abhängig vom Spulenstrom I und ohne Kenntnis des Spulenstroms I nicht ohne weiteres berechenbar.Due to the load on the electrical machine 30 and the resulting current flow I, hurries the output voltage U of the loaded generator 30 with respect to their phase of the induced open circuit voltage U P behind, wherein the angular offset between U and U P by the angular displacement θ, the so-called Polradwinkel results. This is basically not dependent on the coil current I and without knowing the coil current I calculable without further notice.

Zudem ergibt sich der Winkel zwischen Ausgangsspannung U und Strom I durch die angeschlossene Last und beträgt für einen rein ohmschen Verbraucher φ = 0°. Die ideale induzierte Spannung (Leerlaufspannung) UP der elektrischen Maschine, ergibt sich als Produkt aus Maschinenkonstanten, der Erregung, und der Winkelgeschwindigkeit. Im Falle einer permanenterregten Maschine ergibt sich eine konstante Erregung durch die verwendeten Permanentmagnete und damit eine zur Winkelgeschwindigkeit proportionale ideale induzierte Spannung. Aus dem Zeigerdiagramm aus 5 b) ergibt sich somit für den Winkelversatz ϑ: ( cos ( ϑ ) = ( U + sin ( φ ) *X*I ) /U p .

Figure DE102016221459A1_0002
In addition, the angle between output voltage U and current I results from the connected load and amounts to φ = 0 ° for a purely ohmic load. The ideal induced voltage (no-load voltage) U P of the electric machine results as a product of machine constants, the excitation, and the angular velocity. In the case of a permanently excited machine, a constant excitation results from the permanent magnets used and thus an ideal induced voltage proportional to the angular velocity. From the pointer diagram 5 b) thus results for the angular offset θ: ( cos ( θ ) = ( U + sin ( φ ) * X * I ) / U p ,
Figure DE102016221459A1_0002

Bei Verwendung eines linear arbeitenden Spannungsreglers 40 bzw. einer Ansteuerung eines Stellgliedes 42 für einen Spannungsreglers 40 , das beispielsweise in Form eines Leistungstransistors ausgebildet ist und im linearen Bereich (Triodenbereich) arbeitet, lässt sich die Ausgangsspannung U der elektrischen Maschine 30 nahezu konstant (in Bezug auf die Batteriespannung) einregeln. Weiterhin führt die Verwendung eines Gleichrichters (34, 35) mit einer nachgeschalteten Batterie (B) am Ausgang des Generators 30 näherungsweise zu einer rein ohmschen Last, auch wenn im Bordnetz kleinere Kapazitäten auftreten können. Hiermit geht entsprechend der Winkelversatz zwischen Ausgangsspannung U und Strom I, φ, gegen 0, wobei der Summand aus der zuvor genannten Formel (sin (φ) * X * I) ebenfalls gegen 0 geht und damit verschwindet.When using a linear voltage regulator 40 or a control of an actuator 42 for a voltage regulator 40 , which is formed for example in the form of a power transistor and operates in the linear range (triode region), the output voltage U of the electric machine can be 30 adjust almost constant (with respect to the battery voltage). Furthermore, the use of a rectifier ( 34 . 35 ) with a downstream battery (B) at the output of the generator 30 Approximately to a purely ohmic load, even if smaller capacities can occur in the electrical system. Hereby goes according to the angular offset between output voltage U and current I, φ, towards 0, the summand from the aforementioned formula (sin (φ) * X * I) also goes to 0 and thus disappears.

Die Leerlaufspannung UP ist grundsätzlich proportional zur Drehzahl nGen der elektrischen Maschine 30. Somit vereinfacht sich die zuvor genannte Formel, unter der Annahme einer im Wesentlichen konstanten Amplitude der Ausgangsspannung U und der Annahme, dass φ gegen Null geht und somit der zweite Summand verschwindet, auf die Relation: ϑ a p r o x = cos 1 ( const ./n Gen ) ,

Figure DE102016221459A1_0003
wobei sich die Konstante const. im Wesentlichen aus der konstanten Ausgangsspannung U und dem konstanten und damit nicht von der Drehzahl nGen abhängigen Anteil der Leerlaufspannung UP ergibt.The open circuit voltage U P is basically proportional to the speed n gen of the electric machine 30 , Thus, assuming a substantially constant amplitude of the output voltage U and assuming that φ goes to zero and thus the second summand vanishes, the above formula simplifies the relation: θ a p r O x = cos - 1 ( const ./n gene ) .
Figure DE102016221459A1_0003
where the constant const. essentially results from the constant output voltage U and the constant and thus not dependent on the speed n gene proportion of the open circuit voltage U P.

Wählt man eine Darstellung der Formel für ϑaprox in Abhängigkeit der Flankenzeit tGen statt der Drehzahl nGen, ergibt sich folgender Zusammenhang von ϑprox und tGen: ϑ aprox = cos 1 ( const .' * t Gen ) ,

Figure DE102016221459A1_0004
wobei const.‘ neben den konstanten Faktoren von oben noch den konstanten Faktor zur Berechnung der Flankenzeit tGen in Sekunden aus der Drehzahl nGen in Umdrehungen pro Minute (rpm) enthält.If one selects a representation of the formula for θ aprox as a function of the edge time t Gen instead of the rotational speed n Gen , the following relationship of θ prox and t gene results: θ aprox = cos - 1 ( const . ' * t gene ) .
Figure DE102016221459A1_0004
where const. In addition to the constant factors from the top, the constant factor for calculating the edge time t Gen in seconds from the speed n Gen in revolutions per minute (rpm) contains.

Im relevanten Zeitbereich für typische Verbrennungsmotoren von Leerlauf bis ca. 15000 rpm lässt sich diese Beziehung näherungsweise durch eine Geradengleichung mit negativer Steigung beschreiben und ermöglicht damit eine hohe Recheneffizienz in der Anwendung. Wie bereits eingangs dargestellt, haben die angegebenen Wertebereiche lediglich erläuternden Charakter und sollen die Erfindung nicht beschränken.In the relevant time range for typical internal combustion engines from idle to about 15000 rpm, this relationship can be approximately described by a straight-line equation with a negative slope and thus enables a high computing efficiency in the application. As already indicated at the outset, the stated value ranges are merely illustrative and are not intended to limit the invention.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Batterieregelung bzw. einer entsprechenden Regelung der Batteriespannung derart, dass das jeweilige Stellglied 42 im linearen Bereich betrieben wird, kann der Winkelversatz ϑ in erster Näherung auch ohne Kenntnis des Stromflusses I hinreichend genau abgeschätzt werden, was eine sehr verlässliche Ermittlung des Winkelversatzes ϑ zwischen der Phasenlage der Phasenspannungen Uu, Uv, Uw und der tatsächlichen Drehwinkellage α1 des Rotors 32 zulässt. Demnach kann eine aus den Phasenspannungen UU, UV, UW ermittelte Drehwinkellage αphase des Rotors 32 entsprechend durch den Winkelversatz ϑ, der von der jeweiligen Drehzahl nGen abhängt, korrigiert werden. Hieraus kann entsprechend die tatsächliche Drehwinkelposition α der Kurbelwelle 17 der Brennkraftmaschine bzw. der Drehwinkellage α1 des Rotors 32, ermittelt werden. Diese stehen im Falle einer festen Kopplung zwischen der Welle des Rotors 32 und der Kurbelwelle 17 in einem festen Verhältnis zueinander. Es gilt daher ohne Beschränkung der Allgemeinheit α = α1, aber α1 ist in den Phasensignalen UU, UV, UW, IU, IV, IW nicht mehr sichtbar, sobald ein Strom fließt.In such an embodiment of the battery control or a corresponding regulation of the battery voltage such that the respective actuator 42 is operated in the linear range, the angular offset θ in a first approximation even without knowledge of the current flow I can be estimated with sufficient accuracy, which is a very reliable determination of the angular displacement θ between the phase of the phase voltages Uu, Uv, Uw and the actual angular position α 1 of the rotor 32 allows. Accordingly, a rotational angle position α phase of the rotor determined from the phase voltages U U , U V , U W can be determined 32 Corresponding to the angular offset θ, which depends on the respective speed n Gen , be corrected. From this, accordingly, the actual rotational angle position α of the crankshaft 17 the internal combustion engine or the angular position α 1 of the rotor 32 , be determined. These are in the case of a fixed coupling between the shaft of the rotor 32 and the crankshaft 17 in a fixed relationship to each other. Therefore, without limiting generality, α = α 1 , but α 1 is no longer visible in the phase signals U U , U V , U W , I U , I V , I W as soon as a current flows.

Durch entsprechende Ermittlung der unkorrigierten Drehwinkelposition αphase aus zumindest einem der Phasensignalen UU, UV, UW, IU, IV, IW und die zuvor beschriebene Ermittlung des Polradwinkels ϑ, kann die tatsächliche Winkelposition α1 durch: α 1 α Phase + ϑ

Figure DE102016221459A1_0005
in besonders guter Näherung ermittelt werden. By correspondingly determining the uncorrected rotational angular position α phase from at least one of the phase signals U U , U V , U W , I U , I V , I W and the above-described determination of the pole wheel angle θ, the actual angular position α 1 can be determined by: α 1 α phase + θ
Figure DE102016221459A1_0005
be determined in a particularly good approximation.

In 7 ist die zuvor bezeichnete Relation zwischen dem Winkel 9 und der Drehzahl nGen aufgetragen. Diese Daten können beispielsweise in Form eines Kennfeldes in einem jeweiligen Steuergerät 122 hinterlegt werden und die tatsächliche Drehwinkelposition α1 des Rotors 32 und damit Drehwinkelposition α der Kurbellwelle 17' der Brennkraftmaschine 112 mit deutlich verbesserter Genauigkeit ermittelt werden.In 7 is the previously described relation between the angle 9 and the speed n gene applied. This data can, for example, in the form of a map in a respective control unit 122 are deposited and the actual rotational angle position α 1 of the rotor 32 and thus rotational angle position α of the crankshaft 17 ' the internal combustion engine 112 be determined with significantly improved accuracy.

In 8 ist der Winkelversatz ϑ, bzw. der Polradwinkel über der Flankenzeit angegeben, wobei die Flankenzeit die charakteristischen Zeitbereiche der aufsteigenden und abfallenden Flanken FLu und FLD der Phasenspannungen UU, UV, UW (vgl. beispielsweise 4a) bezeichnen. Hierbei kann entsprechend der obigen Beschreibung der Verlauf des Winkelversatzes ϑ bzw. des Polradwinkels entsprechend durch eine Gerade mit negativer Steigung angenähert werden. Wie bereits eingangs dargestellt, haben die angegebenen Wertebereiche lediglich erläuternden Charakter und sollen die Erfindung nicht beschränken.In 8th is the angular offset θ, or the Polradwinkel indicated over the edge time, wherein the edge time, the characteristic time ranges of the rising and falling edges FLu and FL D of the phase voltages U U , U V , U W (see, for example 4a ) describe. In this case, according to the above description, the course of the angular offset θ or of the rotor angle can be approximated accordingly by a straight line with a negative slope. As already indicated at the outset, the stated value ranges are merely illustrative and are not intended to limit the invention.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0664887 B1 [0006]EP 0664887 B1 [0006]

Claims (13)

Verfahren zur Bestimmung einer Drehwinkelposition (α,α1) einer Welle (17), insbesondere einer Kurbelwelle (17') einer Brennkraftmaschine (112), welche mit einer elektrischen Maschine (30), umfassend einen Rotor (32) und einen Stator (33) mit zumindest einer Phasenwicklung (U, V, W), direkt oder übersetzt gekoppelt ist, wobei zumindest ein Phasensignal (UU, UV, UW, IU, IV, IW) der elektrischen Maschine (30) zumindest einen Wert (WUu, WUd, WVu, WVd, WWu, WWd) aufweist, der jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors (32) auftritt, wobei ein Auftrittszeitpunkt zumindest eines Werts (WUu, WUd, WVu, WVd, WWu, WWd) zur Bestimmung einer Drehwinkellage (αPhase) des Rotors (32) genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwinkelposition (α,α1) der Welle aus der Drehwinkellage (αPhase) des Rotors (32) und einem Winkelversatz (ϑ) berechnet wird.Method for determining a rotational angle position (α, α 1 ) of a shaft (17), in particular of a crankshaft (17 ') of an internal combustion engine (112), comprising an electric machine (30) comprising a rotor (32) and a stator (33 ) is coupled with at least one phase winding (U, V, W), directly or translated, wherein at least one phase signal (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) of the electric machine (30) at least one Value ( WUu , W Ud , W Vu , W Vd , W Wu , W Wd ), which occurs in each case at least once per revolution of the rotor (32), wherein an occurrence time of at least one value (W Uu , W Ud , W Vu , W Vd , W Wu , W Wd ) is used for determining a rotational angle position (α phase ) of the rotor (32), characterized in that the rotational angular position (α, α 1 ) of the shaft from the rotational angular position (α phase ) of the rotor ( 32) and an angular displacement (θ) is calculated. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Werte (WUu, WUd, WVu, WVd, WWu, WWd) aufsteigende Flanken (FlUu, FlVu, FlWu) des Phasensignals (UU, UV, UW, IU, IV, IW) und abfallende Flanken (FlUd, FlVd, FlWd) des Phasensignals (UU, UV, UW, IU, IV, IW) aufweisen, wobei die aufsteigenden Flanken (FlUu, FlVu, FlWu) des Phasensignals (UU, UV, UW, IU, IV, IW) und/oder die abfallenden Flanken (FlUd, FlVd, FlWd) des Phasensignals (UU, UV, UW, IU, IV, IW) zur Bestimmung der Drehwinkellage (αPhase) des Rotors (32) herangezogen werden.Method according to Claim 1 , wherein the values ( WUu , W Ud , W Vu , W Vd , W Wu , W Wd ) rising edges (Fl Uu , Fl Vu , Fl Wu ) of the phase signal (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) and falling edges (Fl Ud , Fl Vd , Fl Wd ) of the phase signal (U U , U V , U W , I U , I V , I W ), wherein the rising edges (Fl Uu , Fl Vu , Fl Wu ) of the phase signal (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) and / or the falling edges (Fl Ud , Fl Vd , Fl Wd ) of the phase signal (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) are used to determine the angular position (α phase ) of the rotor (32). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ein oder mehrere Phasensignale (UU, UV, UW, IU, IV, IW) wenigstens ein Phasenspannungssignal (Uu, Uv, Uw) und/oder wenigstens ein Phasenstromsignal (IU, IV, IW) umfassen.Method according to Claim 1 or 2 wherein the one or more phase signals (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) at least one phase voltage signal (Uu, Uv, Uw) and / or at least one phase current signal (I U , I V , I W ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Winkelversatz (ϑ) anhand einer Relation (ϑaprox) ermittelt wird, die eine Konstante (const) und eine inverse Proportionalität zur Drehzahl (n) der elektrischen Maschine (30) aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the angular offset (θ) is determined on the basis of a relation (θ aprox ) which has a constant (const) and an inverse proportionality to the rotational speed (n) of the electric machine (30). Verfahren nach Anspruch 4, wobei die elektrische Maschine (30) einen Regler (40) zur Regelung der Bordnetzspannung aufweist, wobei der Regler (40) derart betrieben wird, dass der Cosinus des Winkelversatzes (ϑ) stets invers proportional zur Drehzahl (n) der elektrischen Maschine (30) ist.Method according to Claim 4 wherein the electric machine (30) has a controller (40) for controlling the vehicle electrical system voltage, wherein the controller (40) is operated such that the cosine of the angular offset (θ) is always inversely proportional to the rotational speed (n) of the electric machine (30 ). Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Drehzahl (n) aus einer Zeitdifferenz (Δt1, Δt2, Δt3) zumindest zweier Auftrittszeitpunkte der Werte (WUu, WUd, WVu, WVd, WWu, WWd) bestimmt wird.Method according to Claim 4 or 5 wherein the rotational speed (n) is determined from a time difference (Δt 1 , Δt 2 , Δt 3 ) of at least two occurrence times of the values (W Uu , W Ud , W Vu , W Vd , W Wu , W Wd ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Drehwinkelposition (α) der Welle durch Addition der Drehwinkellage (αPhase) des Rotors (32), die vorzugsweise aus wenigstens einem Phasensignale (UU, UV, UW, IU, IV, IW) ermittelt wird, und dem Winkelversatz (ϑ) berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the rotational angular position (α) of the shaft by adding the rotational angular position (α phase ) of the rotor (32), preferably from at least one phase signals (U U , U V , U W , I U , I V , I W ), and the angular displacement (θ) is calculated. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Phasensignal (UU, UV, UW, IU, IV, IW) durch mehrere magnetische Erreger der elektrischen Maschine (30) erzeugt wird, wobei einer der magnetischen Erreger derart von den restlichen Erregern abweichend betrieben wird, dass das von diesem einen Erreger erzeugte Phasensignal (UU, UV, UW, IU, IV, IW) einen von den sonstigen Phasensignalen der sonstigen Erregen abweichenden Wert annimmt.Method according to one of the preceding claims, wherein the phase signal (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) by a plurality of magnetic exciter of the electric machine (30) is generated, wherein one of the magnetic exciter of the operated residual excitation that the phase signal generated by this one exciter (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) assumes a value deviating from the other phase signals of the other excitation value. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ein oder mehreren Phasensignale (UU, UV, UW, IU, IV, IW) der elektrischen Maschine (30) mittels einer elektronischen Schaltung, insbesondere einem Motorsteuergerät (122) verarbeitet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the one or more phase signals (U U , U V , U W , I U , I V , I W ) of the electric machine (30) by means of an electronic circuit, in particular an engine control unit (122) processed become. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Drehwinkelposition (α, α1) der Welle (17) zur Steuerung der Brennkraftmaschine (112) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the rotational angle position (α, α 1 ) of the shaft (17) for controlling the internal combustion engine (112) is used. Recheneinheit, vorzugsweise ein Motorsteuergerät (122) für eine Brennkraftmaschine (12), die durch eine entsprechende integrierte Schaltung und/oder durch ein auf einem Speicher gespeichertes Computerprogramm dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit, preferably an engine control unit (122) for an internal combustion engine (12), which is configured by a corresponding integrated circuit and / or by a stored on a memory computer program to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.Computer program that causes a computing unit, a method according to one of Claims 1 to 10 when executed on the computing unit. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 12. Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon Claim 12 ,
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