DE102018217109B4 - Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels einer elektrischen Maschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels (9) einer elektrischen Maschine (110), umfassend einen Rotor und einen Stator, die mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine direkt oder übersetzt gekoppelt ist, wobei der elektrischen Maschine (110) eine Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung (120) und eine Batterie (140) nachgeschaltet sind,wobei die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung (120) zur Beeinflussung ihrer Ausgangsspannung (Uout) gepulst mit einem Tastverhältnis (dc) zwischen einem Ladezustand und einem Kurzschlusszustand hin und her geschaltet wird undwobei wenigstens ein Signal der elektrischen Maschine (110) jeweils einen oder mehrere charakteristische Werte aufweist, die jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors auftreten,dadurch gekennzeichnet, dassein aktueller Wert des Polradwinkels (9) in Abhängigkeit von einer Zeitdifferenz (Δt) zwischen zwei charakteristischen Werten des wenigstens einen Signals und in Abhängigkeit von dem Tastverhältnis (dc) bestimmt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels einer elektrischen Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
  • Stand der Technik
  • 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.
  • 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 ATV (engl. All Terrain Vehicle), 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine Nutzung der elektrischen Ausgangsgrößen einer über die Kurbelwelle angetriebenen elektrischen Maschine (Generator), wird beispielsweise in der DE 10 2014 206 173 A1 zur Drehzahlbestimmung verwendet. Zu diesem Zweck werden ein oder mehrere Signale der elektrischen Maschine ausgewertet, die jeweils ein oder mehrere Werte aufweisen, die jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors der elektrischen Maschine auftreten. Durch Berechnen einer Zeitdifferenz zwischen zwei Auftrittszeitpunkten von Werten wird die Drehzahl berechnet.
  • Ferner wird in den Dokumenten DE 10 2016 221 459 A1 , EP 2 775 267 A1 , DE 100 36 869 A1 und DE 101 16 814 A1 offenbart, derartige elektrische Ausgangsgrößen zur Bestimmung einer Drehwinkelposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu verwenden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels einer elektrischen 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.
  • Die elektrische Maschine ist mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine direkt oder übersetzt gekoppelt und umfasst ferner einen Rotor und einen Stator. Der elektrischen Maschine sind eine Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung und eine Batterie nachgeschaltet. Mit Hilfe der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung kann eine mehrphasige Ausgangsspannung der elektrischen Maschine gleichgerichtet und zur Versorgung bzw. zum Laden der Batterie bereitgestellt und geregelt werden. Zweckmäßigerweise ist auch ein Spannungsregler zum Regeln der Bordnetzspannung, d.h. der Ausgangsspannung des Gleichrichters, vorgesehen.
  • Die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung wird - beispielsweise durch den Spannungsregler - zur Beeinflussung ihrer Ausgangsspannung gepulst mit einem Tastverhältnis zwischen einem Ladezustand und einem Kurzschlusszustand hin und her geschaltet, wobei im Zuge des Ladezustands eine Ausgangsspannung der elektrischen Maschine zum Laden der Batterie bereitgestellt wird und wobei im Zuge des Kurzschlusszustands ein Kurzschluss der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung bzw. deren Eingängen erzeugt wird. Eine Periode der gepulsten Ansteuerung umfasst je einmal den Ladezustand und den Kurzschlusszustand. Das Verhältnis zwischen der Zeit, in der sich die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung in dem Ladezustand befindet, und der Summe der Zeiten beider Zustände ergibt das Tastverhältnis.
  • Wenigstens ein Signal der elektrischen Maschine weist jeweils ein oder mehrere charakteristische Werte auf, die jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors auftreten. Insbesondere kann ein derartiges Signal ein Drehzahlsignal der elektrischen Maschine oder eine Ausgangsspannung am Ausgang der elektrischen Maschine sein. Derartige charakteristische Werte können insbesondere Flanken, Nulldurchgänge, Maxima oder Minima des entsprechenden Signals sein.
  • Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens wird ein aktueller Wert des Polradwinkels in Abhängigkeit von einer Zeitdifferenz zwischen zwei charakteristischen Werten des wenigstens einen Signals und in Abhängigkeit von dem Tastverhältnis bestimmt.
  • Bei einer unbelasteten elektrischen Maschine ist die exakte Drehwinkellage des Rotors direkt aus der Leerlaufspannung der elektrischen Maschine ablesbar, da die relative Phasenlage der Leerlaufspannung mit der Drehwinkellage des Rotors übereinstimmt. 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 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.
  • Der Polradwinkel ist im Allgemeinen von dem Wert der Batteriespannung bzw. von der Ausgangsspannung der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung abhängig. Sofern die Batterie- bzw. Gleichrichterspannung einen konstanten oder zumindest im Wesentlichen konstanten Wert aufweist, gilt insbesondere ein für diese Spannung charakteristischer Verlauf des Polradwinkels in Abhängigkeit von der Zeitdifferenz. Für unterschiedliche Batterie- bzw. Gleichrichterspannungen gelten hingegen jeweils unterschiedliche Beziehungen zwischen dem Polradwinkel und der Zeitdifferenz. Durch die gepulste Ansteuerung der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung kann insbesondere eine im Mittel konstante Spannung am Ausgang der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung bereitgestellt werden, zweckmäßigerweise unabhängig von einem Ladezustand der nachfolgenden Batterie. Zwar besitzt die Batterie- bzw. Gleichrichterspannung somit im Mittel zumindest einen im Wesentlichen konstanten Wert, jedoch kann im getakteten Fall von keinem konstanten Verlauf zwischen Polradwinkel und Zeitdifferenz ausgegangen werden kann.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass bei einer derartigen gepulsten Ansteuerung der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung der Polradwinkel neben der Zeitdifferenz ferner von dem Tastverhältnis abhängt. Das vorliegende Verfahren stellt nun eine Möglichkeit bereit, um bei einer gepulsten Ansteuerung der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung den aktuellen Polradwinkel aufwandsarm und präzise bestimmen zu können.
  • Das wenigstens eine Signal der elektrischen Maschine bzw. die Zeitdifferenz zwischen den charakteristischen Werten wird insbesondere zumeist ohnehin bestimmt und beispielsweise bereits für andere Funktionen verwendet. Ferner sind auch die Batteriespannung beziehungsweise Ausgangsspannung der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung, sowie das Tastverhältnis zweckmäßigerweise ohnehin für die Ansteuerung der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung bekannt, so dass die Bestimmung des Polradwinkels gemäß dem vorliegenden Verfahren insbesondere ohne weitere Sensoren, zugehörige Signalleitungen und Hardware-Aufwand erfolgen kann.
  • Vorteilhafterweise wird der aktuelle Wert des Polradwinkels mit Hilfe eines Kennfeldes des Polradwinkels in Abhängigkeit von der Zeitdifferenz und von dem Tastverhältnis bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann der aktuelle Wert des Polradwinkels vorteilhafterweise mit Hilfe eines Kennfeldes des Polradwinkels in Abhängigkeit von einer Drehzahl und von dem Tastverhältnis bestimmt werden. In letzterem Fall kann vorzugsweise die Drehzahl der elektrischen Maschine als die Zeitdifferenz bestimmt werden. Mit Hilfe der zumeist ohnehin bereits bestimmten Werte der Zeitdifferenz bzw. Drehzahl und des Tastverhältnisses kann der aktuelle Wert des Polradwinkels somit aus dem entsprechenden dreidimensionalen Kennfeld abgelesen werden. Das Kennfeld kann beispielsweise im Zuge einer Konfigurationsphase bestimmt und zweckmäßigerweise in einem Steuergerät hinterlegt werden, beispielsweise in einem Motorsteuergerät, welches zum Steuern bzw. Regeln der elektrischen Maschine und/oder der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Diese Konfigurationsphase kann beispielsweise im Zuge eines Herstellungsprozesses durchgeführt werden, bevor die elektrische Maschine bzw. die Brennkraftmaschine in Betrieb genommen werden.
  • Vorzugsweise wird das Kennfeld mit Hilfe von Messdaten bestimmt. Dabei wird der Polradwinkel zweckmäßigerweise für verschiedene Tastverhältnisse der Gleichrichterspannung über den gesamten Drehzahlbereich der elektrischen Maschine bestimmt und es wird insbesondere jeweils eine Kennlinie für das zugehörige Tastverhältnis bestimmt. Somit wird für eine Vielzahl von Tastverhältnissen eine Vielzahl von Kennlinien messtechnisch bestimmt, die zu dem Kennfeld kombiniert werden können.
  • Alternativ oder zusätzlich wird das Kennfeld vorzugsweise mit Hilfe einer theoretischen Simulation bestimmt. Beispielsweise kann zu diesem Zweck nur für einen oder wenige ausgewählte Tastverhältnisse eine entsprechende Kennlinie des Polradwinkels für den Drehzahlbereich der elektrischen Maschine messtechnisch bestimmt werden und aus diesen Messungen können Parameter für ein entsprechendes Simulationsmodell extrahiert werden, mit welchem weitere Kennlinien ermittelt und zu dem Kennfeld kombiniert werden können. In diesem Fall können beispielsweise auch nur wenige Drehzahlpunkte vermessen werden und die Zwischenwerte durch die Simulation aufgefüllt werden. Somit wird das Kennfeld vorteilhafterweise mit Hilfe von Messdaten bestimmt und weitere Stützstellen in dem Kennfeld werden zur Erhöhung der Genauigkeit mit Hilfe einer theoretischen Simulation bestimmt bzw. ergänzt.
  • Bevorzugt wird die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung derart gepulst angesteuert, dass in der Zeitdifferenz zwischen zwei charakteristischen Werten des wenigstens einen Signals wenigstens zwei Ansteuerperioden durchgeführt werden. Eine derartige Ansteuerperiode umfasst insbesondere je einmal den Ladezustand und den Kurzschlusszustand. Insbesondere wird die Ansteuerfrequenz der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung somit ausreichend hoch gewählt, so dass auch für eine sehr große bzw. maximal auftretende Drehzahl der elektrischen Maschine, welche insbesondere einer sehr kleinen bzw. kleinsten Zeitdifferenz entspricht, noch mehrere Ansteuerperioden innerhalb der Zeitdifferenz liegen und insbesondere ein eingeschwungener Zustand der elektrischen Maschine bzw. der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung angenommen werden kann.
  • Vorzugsweise wird die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung gepulst im Zuge einer Pulsbreitenmodulation (PWM) angesteuert. Insbesondere wird zu diesem Zweck ein hochfrequentes Schaltsignal an die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung angelegt, beispielsweise mit einer Frequenz zwischen 10kHz und 100 kHz. Somit wird insbesondere eine Möglichkeit bereitgestellt, um den aktuellen Wert des Polradwinkels für schnell schaltende Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltungen im PWM-Betrieb zu bestimmen.
  • Bevorzugt werden als das wenigstens eine Signal ein Drehzahlsignal der elektrischen Maschine und/oder eine Ausgangsspannung am Ausgang der elektrischen Maschine bestimmt. Besonders bevorzugt wird als die Zeitdifferenz eine sog. Flankenzeit bestimmt, also die Zeitdifferenz zwischen zwei Flanken bzw. Nulldurchgängen des entsprechenden Signals, insbesondere zwischen zwei Flanken bzw. Nulldurchgängen der Ausgangsspannung oder eines Ausgangsstroms der elektrischen Maschine.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert des Polradwinkels eine Drehwinkelposition der Kurbelwelle bestimmt. 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. Somit kann durch eine Bestimmung des Polradwinkels und der Phasenspannung einer Phase bzw. der Ausgangsspannung der elektrischen Maschine eine Bestimmung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle mit verbesserter Genauigkeit und somit höherer Güte bereitgestellt werden. 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.
  • Sofern die elektrische Maschine nicht starr, sondern beispielsweise über einen mit Schlupf behafteten Riemen mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, wird die Bestimmung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle vorteilhafterweise in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert des Polradwinkels und ferner in Abhängigkeit von diesem Schlupf des Riemens durchgeführt. Zur Ermittlung des Schlupfs müssen die Drehzahlen beider Wellen, Generator- und Kurbelwelle, bekannt sein. Eine Möglichkeit hierfür kann die Verwendung eines Nockenwellen-Positions-/Drehzahlsensor sein, mit dessen Signal eine Referenz zur Schlupfbestimmung zur Verfügung steht. Alternativ oder zusätzlich zu den Informationen des Nockenwellensensors kann der Generator zur Ergänzung weiterer Positions- und Drehzahlinformationen verwendet und so insbesondere auf einen Kurbelwellensensor verzichtet werden.
  • Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere 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 z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch ein System aus einer elektrischen Maschine, einer Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung, einer Batterie und einer Recheneinheit, das einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zugrunde liegen kann.
    • 2 zeigt schematisch ein Kennfeld eines Polradwinkels einer elektrischen Maschine, wie es im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden kann.
    • 3 zeigt schematisch ein Kennfeld eines Polradwinkels einer elektrischen Maschine, wie es im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden kann.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 ist schematisch ein System 100 aus einer elektrischen Maschine 110, einer Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120, einer Batterie 140 und einer Recheneinheit 150, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, dargestellt.
  • Die elektrische Maschine 110 ist insbesondere als ein Generator in einem Kraftfahrzeug ausgebildet, z.B. als Drehstromlichtmaschine oder als sog. Startergenerator, und ist mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine des Fahrzeuges gekoppelt, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht explizit dargestellt ist. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 110 als zweiphasige permanenterregte elektrische Maschine ausgebildet sein, in welcher zwei zueinander um 180° phasenverschobene Spannungssignale induziert werden. Die Batterie 140 ist insbesondere als Kraftfahrzeugbatterie ausgebildet und kann Teil eines Bordnetzes sein.
  • Die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung bzw. der Spannungsregler 120 weist eine Vielzahl von hier als Dioden 121, 122, 123, 124 ausgebildeten Schaltern auf, mittels welcher die mehrphasige Ausgangsspannung Uout der elektrischen Maschine 110 gleichgerichtet und zur Versorgung der Kraftfahrzeugbatterie 140 bzw. des Bordnetzes bereitgestellt werden kann. Zur Regelung der Bordnetzspannung ist hier ein (einfacher) Regler vorgesehen, welcher zwei weitere Dioden 125, 126 und einen hier als MOSFET ausgebildeten Schalters 130 aufweist, mittels welchem ein Kurzschluss der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120 erzeugt werden kann.
  • Die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120 bzw. der Schalter 130 wird gepulst im Zuge einer Pulsbreitenmodulation mit einem Tastverhältnis dc mit angesteuert. Beispielsweise wird ein hochfrequentes Schaltsignal zwischen 10kHz und 100 kHz an den Schalter 130 angelegt, so dass dieser die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120 in schnellem Wechsel zwischen einem Ladezustand der Batterie 140 und dem Kurzschlusszustand hin und her schaltet. Durch die Pulsbreitenmodulation wird eine konstante Spannung am Ausgang der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120 unabhängig vom Ladezustand der nachfolgenden Batterie 140 eingestellt.
  • Als Tastverhältnis dc der Pulsbreitenmodulation (engl. „duty cycle“) wird im Allgemeinen der Quotient aus der Pulsdauer eines Pulses und der Periodendauer zwischen zwei Pulsen bezeichnet. Im vorliegenden Beispiel ergibt sich das Tastverhältnis dc insbesondere als das Verhältnis zwischen der Zeit, in der sich die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120 im Ladezustand befindet, und der Summe der Zeiten beider Zustände, also des Lade- und des Kurzschlusszustands.
  • Eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der elektrischen Maschine ist in 1 mit Uout bezeichnet. Spannungsabfälle an den einzelnen Dioden bzw. an dem MOSFET 130 sind mit UDiode bzw. mit UMosfet bezeichnet. Die Spannung der Batterie 140 ist mit UBat bezeichnet.
  • Die Recheneinheit 150 ist als ein Steuergerät ausgebildet und insbesondere zum Steuern der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120 und ferner insbesondere zum Steuern der Brennkraftmaschine vorgesehen. Das Steuergerät 150 ist ferner dazu eingerichtet, einen Polradwinkel und in Abhängigkeit von dem Polradwinkel eine Drehwinkelposition der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 150, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
  • Zur Bestimmung des aktuellen Polradwinkels 9 wird die Ausgangsspannung Uout als wenigstens ein Signal der elektrischen Maschine 110 bestimmt, welches jeweils ein oder mehrere charakteristische Werte aufweist, die jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors auftreten. Diese charakteristischen Werte sind insbesondere Nulldurchgänge (bzw. hier steigende bzw. fallende Flanken) der Ausgangsspannung Uout und es wird ferner jeweils eine aktuelle Zeitdifferenz Δt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flanken der Ausgangsspannung Uout bestimmt. Ein aktueller Wert des Polradwinkels 9 wird in Abhängigkeit von der Zeitdifferenz Δt und von dem Tastverhältnis dc bestimmt.
  • Zu diesem Zweck ist in dem Steuergerät 150 ein Kennfeld des Polradwinkels 9 in Abhängigkeit von der Zeitdifferenz Δt und von dem Tastverhältnis dc hinterlegt. In 2 ist ein derartiges Kennfeld schematisch dargestellt und mit 200 bezeichnet. Die dargestellte Zeitdifferenz bzw. Flankenzeit bezieht sich auf einen Flankenabstand von 30°KW (°CA, crank angle). Da die Ausgangsspannung Uout und ferner die Zeitdifferenz Δt zwischen zwei Flanken der Ausgangsspannung Uout sowie das Tastverhältnis dc zumeist ohnehin für den Betrieb der Brennkraftmaschine bestimmt werden, kann anhand dieser Werte der aktuelle Wert des Polradwinkels 9 mit Hilfe der Kennfelds 200 abgelesen werden.
  • Alternativ kann als die Zeitdifferenz beispielsweise auch die Drehzahl n der elektrischen Maschine 110 bestimmt werden und der aktuelle Wert des Polradwinkels 9 kann in Abhängigkeit von der Drehzahl n und von dem Tastverhältnis dc bestimmt. Zu diesem Zweck kann in dem Steuergerät 150 ein entsprechendes Kennfeld des Polradwinkels 9 in Abhängigkeit von der Drehzahl n und von dem Tastverhältnis dc hinterlegt sein, wie es schematisch in 3 dargestellt und mit 200 bezeichnet ist.
  • Ein derartiges Kennfeld 200 bzw. 300 für die Bestimmung des Polradwinkels kann insbesondere im Zuge einer Konfigurationsphase bzw. eines Herstellungsprozesses der elektrischen Maschine 110 bestimmt und in dem Steuergerät 150 hinterlegt werden.
  • Die nach einer der obigen Methoden bestimmte Drehwinkelposition der Kurbelwelle wird dann insbesondere zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet, wobei in Abhängigkeit von der bestimmten Drehwinkelposition beispielsweise Einspritzzeitpunkte, Zündzeitpunkte und obere Totpunkte bestimmt sowie drehzahl- und positionsbasierte Steuerfunktionen gerechnet und ausgeführt werden.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels (9) einer elektrischen Maschine (110), umfassend einen Rotor und einen Stator, die mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine direkt oder übersetzt gekoppelt ist, wobei der elektrischen Maschine (110) eine Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung (120) und eine Batterie (140) nachgeschaltet sind, wobei die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung (120) zur Beeinflussung ihrer Ausgangsspannung (Uout) gepulst mit einem Tastverhältnis (dc) zwischen einem Ladezustand und einem Kurzschlusszustand hin und her geschaltet wird und wobei wenigstens ein Signal der elektrischen Maschine (110) jeweils einen oder mehrere charakteristische Werte aufweist, die jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Wert des Polradwinkels (9) in Abhängigkeit von einer Zeitdifferenz (Δt) zwischen zwei charakteristischen Werten des wenigstens einen Signals und in Abhängigkeit von dem Tastverhältnis (dc) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der aktuelle Wert des Polradwinkels (ϑ) mit Hilfe eines Kennfeldes (200, 300) des Polradwinkels in Abhängigkeit von der Zeitdifferenz (Δt) oder der Drehzahl (n) sowie in Abhängigkeit von dem Tastverhältnis (dc) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Kennfeld (200, 300) mit Hilfe von Messdaten bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Kennfeld (200, 300) mit Hilfe einer Simulation bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Kennfeld (200, 300) mit Hilfe von Messdaten bestimmt wird und Stützstellen in dem Kennfeld (200, 300) mit Hilfe einer Simulation bestimmt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung (120) derart gepulst angesteuert wird, dass in der Zeitdifferenz (Δt) zwischen zwei charakteristischen Werten des wenigstens einen Signals wenigstens zwei Ansteuerperioden durchgeführt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung (120) gepulst im Zuge einer Pulsbreitenmodulation angesteuert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als das wenigstens eine Signal ein Drehzahlsignal der elektrischen Maschine (110) und/oder eine Ausgangsspannung (Uout) am Ausgang der elektrischen Maschine (110) bestimmt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert des Polradwinkels (9) eine Drehwinkelposition der Kurbelwelle bestimmt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der bestimmten Drehwinkelposition der Kurbelwelle betrieben wird.
  11. Recheneinheit (150), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  12. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (150) dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (150) ausgeführt wird.
  13. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 12.
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