DE102018217111A1

DE102018217111A1 - Method for determining an angular position of a crankshaft of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102018217111A1
Application number: DE102018217111.4A
Authority: DE
Inventors: Bastian Reineke; Jonathan Mueller; Wolfgang Fischer; Stefan Grodde
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-04-09
Anticipated expiration: 2038-10-06
Also published as: CN111005814B; CN111005814A; DE102018217111B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Drehwinkelposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, welche mit einer elektrischen Maschine, umfassend einen Rotor und einen Stator, direkt oder übersetzt gekoppelt ist, welcher eine Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung und eine Batterie nachgeschaltet sind, wobei wenigstens ein Signal der elektrischen Maschine jeweils ein oder mehrere charakteristische Werte aufweisen, die jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors auftreten, wobei ein System aus der elektrischen Maschine, der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung und der Batterie mit Hilfe eines theoretischen Modells (400) beschrieben wird, wobei als Randbedingung für das theoretische Modell (400) eine Induktivität (411) der elektrischen Maschine und eine theoretische Leerlaufspannung (412) der elektrischen Maschine vorgegeben werden, wobei als Eingangsgrößen für das theoretische Modell (400) aktuelle Werte einer Zeitdifferenz (421) zwischen zwei charakteristischen Werten des wenigstens einen Signals der elektrischen Maschine, einer Spannung (422) der Batterie und einer Kurzschlussspannung (423) der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung vorgegeben werden, wobei mit Hilfe des theoretischen Modells (400) in Abhängigkeit von den Randbedingungen (411, 412) und den Eingangsgrößen (421, 422, 423) ein Polradwinkel (431) bestimmt wird und in Abhängigkeit von dem Polradwinkel (431) die Drehwinkelposition der Kurbelwelle bestimmt wird.The invention relates to a method for determining a rotational angle position of a crankshaft of an internal combustion engine, which is coupled directly or in translation to an electrical machine comprising a rotor and a stator, which are connected downstream of a rectifier and voltage regulator circuit and a battery, at least one signal of the electrical machine each have one or more characteristic values, which occur at least once per revolution of the rotor, a system comprising the electrical machine, the rectifier and voltage regulator circuit and the battery being described with the aid of a theoretical model (400), with the boundary condition an inductance (411) of the electrical machine and a theoretical open circuit voltage (412) of the electrical machine are specified for the theoretical model (400), current values of a time difference (421) between being used as input variables for the theoretical model (400) n two characteristic values of the at least one signal of the electrical machine, a voltage (422) of the battery and a short-circuit voltage (423) of the rectifier and voltage regulator circuit are specified, with the aid of the theoretical model (400) depending on the boundary conditions (411, 412) and the input variables (421, 422, 423) a magnet wheel angle (431) is determined and the rotational angle position of the crankshaft is determined as a function of the magnet wheel angle (431).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Drehwinkelposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for determining an angular position of a crankshaft of an internal combustion engine and a computing unit and a computer program for carrying it out.

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 angle position and the speed of the crankshaft of an internal combustion engine are essential input variables for many functions of the electronic engine control. To determine them, markings can be provided on a body rotating with the crankshaft of the internal combustion engine at equal angular intervals. The passing of a marking as a result of the crankshaft rotation can be detected by a sensor and passed on to an electronic evaluation system as an electrical signal.

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. This electronics determines the respective stored signal for the marking for the respective angular position of the crankshaft or measures a time difference between two markings and, based on the known angular distance between two markings, can determine the angular velocity and the speed from this. In the case of motor vehicles, in particular ATV (All Terrain Vehicle), motorcycles, mopeds or motorcycles, the markings can be provided, for example, by teeth of a metallic gearwheel, a so-called sensor wheel, which cause a change in the magnetic field due to their movement in the sensor. A gap of a few 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 60-2 teeth are mostly used in cars (even distribution of 60 teeth, two being left out), 36-2, 24-2 or 12-3 teeth are also used in motorcycles and motorcycles. With this indirect principle of determining the rotational speed or determining the rotational angle position of the crankshaft, the resolution of the rotational speed signal or the absolute detection of the rotational angle position is determined by the number of teeth and by 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 every modern vehicle with an internal combustion engine, a generator is installed which is driven by the rotation of the crankshaft and supplies electrical signals which serve to supply the vehicle with electrical energy and to charge the vehicle battery. The intended operation of a vehicle without this generator is not possible or only possible for a short time.

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.A use of the electrical output variables of an electrical machine (generator) driven via the crankshaft is, for example, in the DE 10 2014 206 173 A1 used for speed determination. For this purpose, one or more signals of the electrical machine are evaluated, each of which has one or more values that occur at least once per revolution of the rotor of the electrical machine. The speed is calculated by calculating a time difference between two occurrences of values.

Ferner wird in der DE 10 2016 221 459 A1 offenbart, derartige elektrische Ausgangsgrößen zur Bestimmung einer Drehwinkelposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu verwenden. Zu diesem Zweck wird ein Auftrittszeitpunkt zumindest eines Werts eines Phasensignals der elektrischen Maschine, der jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors auftritt, zur Bestimmung einer Drehwinkellage des Rotors genutzt. Die Drehwinkelposition der Kurbelwelle wird aus der Drehwinkellage und einem Winkelversatz berechnet.Furthermore, in the DE 10 2016 221 459 A1 discloses to use such electrical output variables for determining an angular position of a crankshaft of an internal combustion engine. For this purpose, an occurrence time of at least one value of a phase signal of the electrical machine, which occurs at least once per revolution of the rotor, is used to determine an angular position of the rotor. The angular position of the crankshaft is calculated from the angular position and an angular offset.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zur Bestimmung einer Drehwinkelposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine 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.Against this background, a method for determining an angle of rotation position of a crankshaft of an internal combustion engine and a computing unit and a computer program for carrying it out are proposed with the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims and the following description.

Die Brennkraftmaschine ist mit einer elektrischen Maschine, umfassend einen Rotor und einen Stator, direkt oder übersetzt gekoppelt. Der elektrischen Maschine sind ferner eine Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung und eine Batterie nachgeschaltet.The internal combustion engine is coupled directly or in translation to an electrical machine comprising a rotor and a stator. A rectifier and voltage regulator circuit and a battery are also connected downstream of the electrical machine.

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. Charakteristische Werte sind beispielsweise Nullstellen, Maxima oder Minima.At least one signal of the electrical machine has one or more characteristic values, which occur at least once per revolution of the rotor. In particular, such a signal can be a speed signal of the electrical machine or an output voltage at the output of the electrical machine. Characteristic values are, for example, zeros, maxima or minima.

Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens wird ein System aus der elektrischen Maschine, der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung und der Batterie mit Hilfe eines theoretischen Modells beschrieben. Als Randbedingung für das theoretische Modell werden eine Induktivität der elektrischen Maschine, insbesondere eine Induktivität eines Generatorstrangs, und eine theoretische Leerlaufspannung bzw. eine ideale Leerlaufspannung der elektrischen Maschine vorgegeben. Diese Randbedingungen werden insbesondere als konstant angenommen.In the context of the present method, a system comprising the electrical machine, the rectifier and voltage regulator circuit and the battery is described using a theoretical model. As a boundary condition for the theoretical model, an inductance of the electrical machine, in particular an inductance of a generator string, and a theoretical one Open-circuit voltage or an ideal open-circuit voltage of the electrical machine is specified. These boundary conditions are assumed to be constant in particular.

Insbesondere kann ferner ein ohmscher Widerstand der Induktivität bzw. des Generatorstrangs als Randbedingung vorgegeben werden. In einer einfachen Näherung kann dieser ohmsche Widerstand zweckmäßigerweise jedoch auch als vernachlässigbar klein angenommen werden.In particular, an ohmic resistance of the inductance or the generator string can also be specified as a boundary condition. In a simple approximation, however, this ohmic resistance can expediently also be assumed to be negligibly small.

Als Eingangsgrößen werden für das theoretische Modell aktuelle Werte einer Zeitdifferenz zwischen zwei charakteristischen Werten des wenigstens einen Signals der elektrischen Maschine, einer Spannung der Batterie und einer Kurzschlussspannung der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung vorgegeben.Current values of a time difference between two characteristic values of the at least one signal of the electrical machine, a voltage of the battery and a short-circuit voltage of the rectifier and voltage regulator circuit are specified as input variables for the theoretical model.

Mit Hilfe des theoretischen Modells wird in Abhängigkeit von den Randbedingungen und den Eingangsgrößen ein Polradwinkel bzw. ein aktueller Wert eines Polradwinkels bestimmt. In Abhängigkeit von dem Polradwinkel bzw. von dem aktuellen Wert des Polradwinkels wird die Drehwinkelposition der Kurbelwelle bestimmt.With the help of the theoretical model, a magnet wheel angle or a current value of a magnet wheel angle is determined depending on the boundary conditions and the input variables. The rotational angle position of the crankshaft is determined depending on the magnet wheel angle or on the current value of the magnet wheel angle.

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 bei einer unbelasteten elektrischen Maschine 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.Due to the fixed coupling of the crankshaft of the internal combustion engine and the rotor of the electrical machine, the rotational angle position of the crankshaft can be inferred if the rotational angle position of the rotor is known. The exact angle of rotation of the rotor in an unloaded electrical machine can be read directly from the open circuit voltage of the electrical machine, since the relative phase position of the open circuit voltage corresponds to the angle of rotation of the rotor. However, this relation does not apply to a loaded electrical machine, since there is a shift in the phase position due to the current flow and accordingly the output voltage of the electrical machine, which corresponds to the phase voltage of at least one phase of the electrical machine, no longer corresponds to the angular position of the rotor. This offset of the angular position between the output voltage of the electrical machine and the actual angular position of the rotor of the electrical machine is commonly referred to as the magnet wheel angle.

Somit kann durch eine Bestimmung des Polradwinkels und der Phasenspannung einer Phase 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.Thus, by determining the magnet wheel angle and the phase voltage of a phase of the electrical machine, the rotational angle position of the crankshaft can be determined with improved accuracy and thus higher quality. Consequently, a high-resolution determination of the angle of rotation position of the crankshaft can be provided directly from the internal signals of the electrical machine, as a result of which a corresponding encoder wheel for determining the angle of rotation position or the speed and the sensors connected therewith can be dispensed with. This can save costs, which is particularly advantageous in relation to cheaper mopeds or light motorcycles. In addition, the control functions, such as. B. the position calculation of the injection, torque calculation or learning functions for precisely determining the TDC position and the like, can be significantly improved.

Das vorliegende Verfahren stellt eine Möglichkeit einer modellbasierten Bestimmung des Polradwinkels der elektrischen Maschine zur Berechnung der Kurbelwellengrößen des Verbrennungsmotors bereit. Mit Hilfe des theoretischen Modells kann das System aus der elektrischen Maschine, der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung und der Batterie auf einfache Weise beschrieben bzw. angenähert werden. Aus dem Modell wird zweckmäßigerweise eine Rechenvorschrift für den aktuellen Polradwinkel abgeleitet, welche möglichst einfach und recheneffizient implementierbar ist, um die Kurbelwellenposition mehrmals pro Umdrehung mit großer Genauigkeit und möglichst geringem Rechenaufwand bestimmen zu können.The present method provides a possibility of a model-based determination of the magnet wheel angle of the electrical machine for calculating the crankshaft sizes of the internal combustion engine. With the help of the theoretical model, the system comprising the electrical machine, the rectifier and voltage regulator circuit and the battery can be described or approximated in a simple manner. A calculation rule for the current magnet wheel angle is expediently derived from the model, which can be implemented as simply and computationally efficiently as possible in order to be able to determine the crankshaft position several times per revolution with great accuracy and as little computational effort as possible.

Steht ausreichend Rechenleistung zur Verfügung, kann ein beliebig genaues Modell der elektrischen Komponenten elektrische Maschine, Gleichrichter, Spannungsregler, Batterie und Bordnetz verwendet werden, um das dynamische Verhalten des Polradwinkels der elektrischen Maschine sowie ferner insbesondere auch dessen Drehzahl zu bestimmen. Je nach zur Verfügung stehender Rechenleistung kann das Modell zweckmäßigerweise auch durch Näherungen bzw. durch als vernachlässigbar klein angenommene Größen vereinfacht werden. Insbesondere können somit die Anzahl der Randbedingungen und Eingangsgrößen sowie die Komplexität des Modells und der Polradwinkelbestimmung reduziert werden. Zur Verfügung stehende Eingangsgrößen für das Simulationsmodell sind insbesondere Größen, welche zumeist ohnehin im Zuge der Regelung bzw. Steuerung der elektrischen Maschine bestimmt werden, insbesondere die Batteriespannung, das Verhalten der Ausgangsspannung der elektrischen Maschine, gegebenenfalls der Schaltzustand des Gleichrichters bzw. Spannungsreglers, verschiedene Zustände des Bordnetzes.If sufficient computing power is available, an arbitrarily accurate model of the electrical components of the electrical machine, rectifier, voltage regulator, battery and vehicle electrical system can be used to determine the dynamic behavior of the magnet wheel angle of the electrical machine and, in particular, also its speed. Depending on the computing power available, the model can also be expediently simplified by approximations or by sizes assumed to be negligible. In particular, the number of boundary conditions and input variables as well as the complexity of the model and the determination of the rotor angle can thus be reduced. Available input variables for the simulation model are, in particular, variables that are usually determined anyway in the course of regulating or controlling the electrical machine, in particular the battery voltage, the behavior of the output voltage of the electrical machine, possibly the switching state of the rectifier or voltage regulator, and various states of the electrical system.

Vorteilhafterweise wird als Eingangsgröße der aktuelle Wert für die Zeitdifferenz zwischen zwei Nulldurchgängen des wenigstens einen Signals der elektrischen Maschine vorgegeben, bevorzugt die Zeitdifferenz zwischen zwei Nulldurchgängen einer Ausgangsspannung oder eines Ausgangsstroms der elektrischen Maschine. Die mechanische Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Maschine sowie der mechanische Polradwinkel, also die auf die Maschinenwelle bezogenen Größen ergeben sich aus der Division der elektrischen Größen durch die Polpaarzahl p der elektrischen Maschine. Die elektrische beziehungsweise mechanische Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Maschine ergibt sich zweckmäßigerweise aus der Zeit zwischen zwei Nulldurchgängen des Stroms beziehungsweise der Ausgangsspannung und dem dazwischen überstrichenen elektrischen beziehungsweise mechanischen Winkel. Die der mechanischen Winkelgeschwindigkeit zugrunde liegende Drehfrequenz (f = ω_mech / (2π)) wird als Drehzahl der Kurbelwelle bezeichnet. Der überstrichene Winkel ergibt sich aus dem elektrischen (180°) bzw. mechanischen (180°/p) Abstand zweier Signalflanken und der dazwischen aufgetretenen Änderung des elektrischen beziehungsweise mechanischen Polradwinkels.Advantageously, the input value is the current value for the time difference between two zero crossings of the at least one signal of the electrical machine, preferably the time difference between two zero crossings of an output voltage or an output current of the electrical machine. The mechanical angular velocity of the electrical machine and the mechanical magnet wheel angle, that is to say the quantities relating to the machine shaft, result from the Division of the electrical quantities by the number of pole pairs p of the electrical machine. The electrical or mechanical angular velocity of the electrical machine expediently results from the time between two zero crossings of the current or the output voltage and the electrical or mechanical angle swept between them. The rotational frequency on which the mechanical angular velocity is based (f = ω _mech / (2π)) is referred to as the rotational speed of the crankshaft. The swept angle results from the electrical (180 °) or mechanical (180 ° / p) distance between two signal edges and the change in the electrical or mechanical magnet wheel angle that occurs between them.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Polradwinkel bestimmt, indem mit Hilfe des theoretischen Modells ein Verlauf eines Stroms am Ausgang der elektrischen Maschine bestimmt und der Polradwinkel als Winkelversatz zwischen diesem Verlauf des Stroms und einer idealen induzierten Spannung der elektrischen Maschine bestimmt wird. Der Polradwinkel stellt insbesondere einen Phasenversatz bzw. Winkelversatz zwischen der idealen induzierten Spannung U_i(t) und dem Stromverlauf i(t) am Ausgang der elektrischen Maschine dar. Ist der Ausgang mit einer ohmschen Last oder einer passiven Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung belastet, ist darüber hinaus die reale Ausgangsspannung U_out der elektrischen Maschine insbesondere in Phase mit dem Strom i(t). Damit stellt der Polradwinkel in diesem Fall auch einen Winkelversatz zwischen der idealen induzierten Spannung U_i(t) und der realen Ausgangsspannung U_out dar. Dieser Winkelversatz bzw. der Polradwinkel entspricht insbesondere einem Winkel zwischen einem Nulldurchgang der idealen induzierten Spannung U_i(t) und einem darauffolgenden Nulldurchgang des Stromverlaufs i(t) bzw. der realen Ausgangsspannung U_out .According to an advantageous embodiment, the magnet wheel angle is determined by using the theoretical model to determine a profile of a current at the output of the electrical machine and to determine the magnet wheel angle as an angular offset between this profile of the current and an ideal induced voltage of the electrical machine. The magnet wheel angle represents in particular a phase offset or angular offset between the ideal induced voltage U _i (t) and the current flow i (t) at the output of the electrical machine. If the output is loaded with an ohmic load or a passive rectifier and voltage regulator circuit, the real output voltage is also U _out of the electrical machine, in particular in phase with the current i (t) . In this case, the magnet wheel angle also represents an angular offset between the ideal induced voltage U _i (t) and the real output voltage U _out This angular offset or the magnet wheel angle corresponds in particular to an angle between a zero crossing of the ideal induced voltage U _i (t) and a subsequent zero crossing of the current profile i (t) or the real output voltage U _out .

Vorzugsweise wird als das theoretische Modell eine Differentialgleichung bestimmt, welche ein Ersatzschaltbild des Systems aus der elektrischen Maschine, der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung und der Batterie mathematisch beschreibt. Insbesondere kann die elektrische Maschine als eine ideale Spannungsquelle angenommen werden, welcher in Reihe eine Spule und ein Widerstand nachgeschaltet sind, welche die Induktivität bzw. den Innenwiderstand des Strangs der elektrischen Maschine repräsentieren. Schalter des Gleichrichters, z.B. Dioden oder Halbleiterschalter (z.B. MOSFET), lassen sich insbesondere als ideale Schalter betrachten. Das Ersatzschaltbild kann insbesondere mittels folgender Gleichung beschrieben werden: $U_{i} (t) = U_{L} (t) + U_{R} (t) + U_{r} (t)$

U_i(t) = ω *U_i0 *sin(ωt) ist dabei die ideale induzierte Spannung der idealen Spannungsquelle ist mit der idealen Leerlaufspannung U_i0 für ω = 1.A differential equation is preferably determined as the theoretical model, which mathematically describes an equivalent circuit diagram of the system comprising the electrical machine, the rectifier and voltage regulator circuit and the battery. In particular, the electrical machine can be assumed to be an ideal voltage source, which is followed in series by a coil and a resistor, which represent the inductance or the internal resistance of the strand of the electrical machine. Rectifier switches, for example diodes or semiconductor switches (for example MOSFET), can in particular be regarded as ideal switches. The equivalent circuit diagram can be described in particular using the following equation:

U_{i} (t) = U_{L} (t) + U_{R} (t) + U_{r} (t)

U _i (t) = ω * U _i0 * sin (ωt) is the ideal induced voltage of the ideal voltage source with the ideal open circuit voltage U _i0 For ω = 1.

$U_{L} (t) = L * \frac{d i (t)}{d t}$

ist der Spannungsabfall an der Spule.

U_{L} (t) = L * \frac{d i (t)}{d t}

is the voltage drop across the coil.

U_R(t) = R*i(t) ist der Spannungsabfall an dem Widerstand.U _R (t) = R * i (t) is the voltage drop across the resistor.

U_r(t) ist der Spannungsabfall an der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung.U _r (t) is the voltage drop across the rectifier and voltage regulator circuit.

Durch Umstellen der obigen Gleichung ergibt sich insbesondere folgende Differentialgleichung, welche das Ersatzschaltbild des Systems beschreibt: $ω * U_{i 0} * sin (ω t) - U_{r} (t) = L * \frac{d i (t)}{d t} + R * i (t)$

Wird der Innenwiderstand der elektrischen Maschine als vernachlässigbar klein angenommen, kann der Term U_R(t) bzw. R*i(t) insbesondere entfallen.By changing the above equation, the following differential equation results, which describes the equivalent circuit diagram of the system:

ω * U_{i 0} * sin (ω t) - U_{r} (t) = L * \frac{d i (t)}{d t} + R * i (t)

If the internal resistance of the electrical machine is assumed to be negligible, the term U _R (t) or R * i ( t ) in particular do not apply.

Vorzugsweise wird als Lösung der Differentialgleichung ein Verlauf eines Stroms am Ausgang der elektrischen Maschine bestimmt. Aus dem Verlauf des Stroms und dem entsprechenden Verlauf der idealen Spannung U_i(t) kann zweckmäßigerweise der Polradwinkel als Phasenversatz dieser beiden Signale bestimmt werden. Diese Berechnungen können insbesondere in einem Algorithmus auf einem Steuergerät zur Gewinnung der Polradwinkel- und Drehzahlinformation verwendet werden.A course of a current at the output of the electrical machine is preferably determined as a solution to the differential equation. From the course of the current and the corresponding course of the ideal voltage U _i (t) the magnet wheel angle can expediently be determined as the phase offset of these two signals. These calculations can be used in particular in an algorithm on a control device to obtain the magnet wheel angle and speed information.

Vorzugsweise wird der Polradwinkel 9 somit als Funktion der Induktivität L der elektrischen Maschine, der theoretischen bzw. idealen Leerlaufspannung U_i0 der elektrischen Maschine, der Spannung Ubat der Batterie, der Kurzschlussspannung U_reg der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung sowie der Zeitdifferenz Δt zwischen zwei Nulldurchgängen der realen Ausgangsspannung der elektrischen Maschine bestimmt: $ϑ = f (L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e g}, Δ t)$

The magnet wheel angle is preferred 9 thus as a function of inductance L the electrical machine, the theoretical or ideal open circuit voltage U _i0 the electrical machine, the voltage Ubat the battery, the short-circuit voltage U _reg the rectifier and voltage regulator circuit as well as the time difference Δt between two zero crossings of the real output voltage of the electrical machine:

ϑ = f (L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e G}, Δ t)

Bevorzugt wird ferner als Randbedingung für das theoretische Modell ein Innenwiderstand der elektrischen Maschine bzw. des Generatorstrangs vorgegeben. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Innenwiderstand nicht als vernachlässigbar klein angenommen werden kann und wenn somit zweckmäßigerweise auch der Term U_R(t) bzw. R*i(t) in obiger Differentialgleichung berücksichtigt wird. Somit ist der Polradwinkel 9 ferner eine Funktion des Innenwiderstands R der elektrischen Maschine: $ϑ = f (R, L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e g}, Δ t)$

An internal resistance of the electrical machine or of the generator string is also preferably specified as a boundary condition for the theoretical model. This is particularly the case if the internal resistance cannot be assumed to be negligible and if the term is therefore expedient U _R (t) or R * i ( t ) is taken into account in the above differential equation. So the magnet wheel angle 9 also a function of internal resistance R of the electrical machine:

ϑ = f (R, L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e G}, Δ t)

Vorzugsweise werden ferner mit Hilfe des theoretischen Modells eine Winkelgeschwindigkeit der idealen Spannungsquelle der elektrischen Maschine und ein Zeitpunkt eines charakteristischen Werts des wenigstens einen Signals, insbesondere der Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der realen Ausgangsspannung der elektrischen Maschine bestimmt. Die Bestimmung dieser Größen kann insbesondere nötig sein, wenn eine Drehzahl der elektrischen Maschine und/oder ein Zustand des Gleichrichters bzw. Spannungsreglers nicht als konstant angenommen werden können und sich ebenfalls auf den aktuellen Polradwinkel auswirken.Preferably, the theoretical model is also used to determine an angular velocity of the ideal voltage source of the electrical machine and a point in time of a characteristic value of the at least one signal, in particular the point in time of a zero crossing of the real output voltage of the electrical machine. The determination of these variables may be necessary in particular if a speed of the electrical machine and / or a state of the rectifier or voltage regulator cannot be assumed to be constant and also have an effect on the current magnet wheel angle.

Bevorzugt werden die Winkelgeschwindigkeit der idealen Spannungsquelle der elektrischen Maschine, der Zeitpunkt des charakteristischen Werts des wenigstens einen Signals und der Polradwinkel als Eingangsgrößen für das theoretische Modell rückgeführt. Die Bestimmung des Polradwinkels erfolgt somit zweckmäßigerweise iterativ. Die im Zuge eines aktuellen iterativen n-ten Schritts bestimmten aktuellen Werte für die Winkelgeschwindigkeit ω_n , den Zeitpunkt t_n des charakteristischen Werts und den Polradwinkel ϑ_n werden als weitere Eingangsgrößen für den nächsten (n+1)-ten iterativen Schritt rückgeführt, so dass der Polradwinkel ferner als eine Funktion dieser rückgeführten Eingangsgrößen bestimmt wird: $ϑ = f (R, L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e g}, Δ t, t_{n}, ω_{n}, ϑ_{n})$

The angular velocity of the ideal voltage source of the electrical machine, the point in time of the characteristic value of the at least one signal and the magnet wheel angle are preferably fed back as input variables for the theoretical model. The determination of the magnet wheel angle is therefore expediently carried out iteratively. The current values for the angular velocity determined in the course of a current iterative nth step ω _n , the time t _n of the characteristic value and the magnet wheel angle ϑ _n are fed back as further input variables for the next (n + 1) th iterative step, so that the magnet wheel angle is further determined as a function of these fed back input variables:

ϑ = f (R, L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e G}, Δ t, t_{n}, ω_{n}, ϑ_{n})

In diesem Fall können für einen initialen Berechnungsschritt vorzugsweise eine initiale Winkelgeschwindigkeit ω₀ der idealen Spannungsquelle der elektrischen Maschine, ein initialer Zeitpunkt t₀ des charakteristischen Werts des wenigstens einen Signals und ein initialer Polradwinkel ϑ₀ als Eingangsgrößen für das theoretische Modell geschätzt oder näherungsweise bestimmt werden.In this case, an initial angular velocity can preferably be used for an initial calculation step ω ₀ the ideal voltage source of the electrical machine, an initial point in time t ₀ the characteristic value of the at least one signal and an initial magnet wheel angle ϑ _{0 can} be estimated or approximately determined as input variables for the theoretical model.

Es ist ferner denkbar, dem theoretischen Modell weitere zweckmäßige Eingangsgrößen vorzugeben, vorteilhafterweise einen Druck, insbesondere einen Umgebungsdruck, und/oder eine Temperatur, insbesondere eine Umgebungstemperatur und/oder eine Temperatur der Brennkraftmaschine.It is also conceivable to provide the theoretical model with further useful input variables, advantageously a pressure, in particular an ambient pressure, and / or a temperature, in particular an ambient temperature and / or a temperature of the internal combustion engine.

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 Polradwinkel 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-/Drehzahlsensors 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.If the electrical machine is not rigid, but is coupled to the crankshaft of the internal combustion engine, for example, via a belt with slip, the determination of the angular position of the crankshaft is advantageously carried out as a function of the magnet wheel angle and also as a function of this belt slip. To determine the slip, the speeds of both shafts, generator and crankshaft, must be known. One possibility for this can be the use of a camshaft position / speed sensor, the signal of which provides a reference for determining slip. As an alternative or in addition to the information from the camshaft sensor, the generator can be used to supplement further position and speed information, and in particular a crankshaft sensor can thus be dispensed with.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a motor vehicle is, in particular in terms of programming, set up to carry out a method according to the invention.

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.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program with program code for carrying out all method steps is also advantageous since this causes particularly low costs, in particular if an executing control device is still used for further tasks and is therefore present anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawing.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.

FigurenlisteFigure list

1 shows schematically a system of an electrical machine, a rectifier and voltage regulator circuit, a battery and a computing unit, which can be the basis of a preferred embodiment of a method according to the invention.
2nd schematically shows an equivalent circuit a system comprising an electrical machine, a rectifier and voltage regulator circuit and a battery, which can be determined in the course of a preferred embodiment of a method according to the invention.
3rd shows schematically temporal courses of signals of an electrical machine, which can be determined in the course of a preferred embodiment of a method according to the invention.
4th to 6 each show schematically as a block diagram a theoretical model of a system comprising an electrical machine, a rectifier and voltage regulator circuit and a battery according to a preferred embodiment of a method according to the invention.

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

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.In 1 is schematically a system 100 from an electrical machine 110 , a rectifier and voltage regulator circuit 120 , a battery 140 and an arithmetic unit 150 , which is set up to carry out a preferred embodiment of a method according to the invention.

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.The electrical machine 110 is designed in particular as a generator in a motor vehicle, for example as a three-phase alternator or as a so-called starter generator, and is coupled to a crankshaft of an internal combustion engine of the vehicle, which is shown in FIG 1 is not explicitly shown. For example, the electrical machine 110 be designed as a two-phase, permanently excited electrical machine in which two voltage signals which are phase-shifted by 180 ° are induced. The battery 140 is designed in particular as a motor vehicle battery and can be part of an electrical system.

Die Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120 weist eine Vielzahl von hier als Dioden 121, 122, 123, 124 ausgebildeten Schaltern auf, mittels welcher die mehrphasige Ausgangsspannung 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 Schalter 130 aufweist, mittels welchem ein Kurzschluss der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120 erzeugt werden kann.The rectifier and voltage regulator circuit 120 has a variety of diodes here 121 , 122 , 123 , 124 trained switches on, by means of which the multi-phase output voltage of the electrical machine 110 rectified and to supply the motor vehicle battery 140 or the electrical system can be provided. To regulate the vehicle electrical system voltage, a (simple) controller is provided, which has two further diodes 125 , 126 and a switch designed here as a MOSFET 130 has, by means of which a short circuit of the rectifier and voltage regulator circuit 120 can be generated.

Eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der elektrischen Maschine ist in 1 mit U_out bezeichnet. Spannungsabfälle an den einzelnen Dioden bzw. an dem MOSFET 130 sind mit U_Diode bzw. mit U_Mosfet bezeichnet. Die Spannung der Batterie 140 ist mit Ubat bezeichnet.An output voltage at an output of the electrical machine is in 1 With U _out designated. Voltage drops at the individual diodes or at the MOSFET 130 are with U _diode or with U _Mosfet designated. The voltage of the battery 140 is called Ubat.

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, welches nachfolgend in Bezug auf die 2 bis 6 erläutert wird.The computing unit 150 is designed as a control device and in particular for controlling the rectifier and voltage regulator circuit 120 and further provided in particular for controlling the internal combustion engine. The control unit 150 is also set up to determine a magnet wheel angle and, depending on the magnet wheel angle, a rotational angle position of the crankshaft of the internal combustion engine. For this purpose the control unit 150 , in particular in terms of programming, set up to carry out a preferred embodiment of a method according to the invention, which is described below in relation to 2nd to 6 is explained.

Im Rahmen des Verfahrens wird das System 100 aus der elektrischen Maschine 110, der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120 und der Batterie 130 mit Hilfe eines theoretischen Modells beschrieben. Zu diesem Zweck wird das System 100 vorteilhafterweise mit Hilfe eines Ersatzschaltbilds beschrieben. Ein derartiges Ersatzschaltbild des Systems 100 aus 1 ist schematisch in 2 dargestellt und mit 200 bezeichnet.As part of the process, the system 100 from the electrical machine 110 , the rectifier and voltage regulator circuit 120 and the battery 130 described with the help of a theoretical model. For this purpose the system 100 described advantageously with the help of an equivalent circuit diagram. Such an equivalent circuit diagram of the system 100 out 1 is schematically in 2nd shown and designated 200.

In diesem Ersatzschaltbild 200 ist die elektrische Maschine 210 als eine ideale Spannungsquelle 211 angenähert, welcher in Reihe eine Spule 212 und ein Widerstand 213 nachgeschaltet sind, welche die Induktivität L bzw. den Innenwiderstand R der Wicklung der elektrischen Maschine 110 repräsentieren.In this equivalent circuit diagram 200 is the electrical machine 210 as an ideal voltage source 211 approximated which one coil in series 212 and a resistance 213 are connected downstream, which are the inductance L or the internal resistance R the winding of the electrical machine 110 represent.

U_i bezeichnet dabei eine ideale induzierte Spannung der idealen Spannungsquelle 211, U_L den Spannungsabfall an der Spule 212 und U_R den Spannungsabfall an dem Widerstand 213.U _i denotes an ideal induced voltage of the ideal voltage source 211 , U _L the voltage drop across the coil 212 and U _R the voltage drop across the resistor 213 .

In der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 220 kann ein Kurzschluss über den MOSFET 130 durch die Wahl der Spannung der U_bat/U_reg des Modells dargestellt werden, wobei U_reg eine Kurzschlussspannung ist. Statt der Batteriespannung Ubat wird somit insbesondere eine niedrigere Spannung gewählt, die den Spannungsabfall über den MOSFET 130 darstellt. Wird kein schaltender, sondern ein linear arbeitender Spannungsregler verwendet, kann von einer konstanten Spannung U_bat/U_reg ausgegangen werden.In the rectifier and voltage regulator circuit 220 can a short circuit across the MOSFET 130 by choosing the voltage of the U _bat / U _reg of the model, where U _reg is a short circuit voltage. Instead of the battery voltage Ubat a lower voltage is thus chosen in particular, which is the voltage drop across the MOSFET 130 represents. If you are using a linear voltage regulator rather than a switching one, you can have a constant voltage U _bat / U _reg be assumed.

Die Dioden 121 bis 126 lassen sich beispielsweise als ideale Schalter betrachten. Um den Spannungsabfall an den Dioden zu berücksichtigen, kann dieser Spannungsabfall auf den Wert U_bat/U_reg aufaddiert werden. Für Leistungsdioden kann beispielsweise ein Spannungsabfall von etwa 1V pro Diode angenommen werden. Zu der Spannung U_bat/U_reg addieren sich damit üblicherweise 2V Spannungsabfall an den Dioden des Gleichrichters 220 (ca. 1V Spannungsabfall pro Leistungsdiode eines Zweigs bei entsprechend hohem Stromfluss).The diodes 121 to 126 can be considered ideal switches, for example. In order to take into account the voltage drop across the diodes, this voltage drop can be adjusted to the value U _bat / U _reg be added up. For power diodes, for example, a voltage drop of approximately 1 V per diode can be assumed. To the tension U _bat / U _reg This usually adds up to a 2 V voltage drop across the diodes of the rectifier 220 (approx. 1V voltage drop per power diode of a branch with a correspondingly high current flow).

In 3 ist ein Diagramm 300 mit schematischen zeitlichen Verläufen von Signalen der elektrischen Maschine 110 gemäß dem Ersatzschaltbild 200 dargestellt.In 3rd is a diagram 300 with schematic temporal courses of signals of the electrical machine 110 according to the equivalent circuit diagram 200 shown.

Kurve 310 zeigt schematisch die ideale induzierte Spannung U_i(t) der idealen Spannungsquelle 211. Kurve 320 zeigt hingegen die reale Ausgangsspannung U_out(t) am Ausgang der elektrischen Maschine 110 und Kurve 330 den zugehörigen reale Ausgangsstrom i(t) am Ausgang der elektrischen Maschine 110. Durch die dem Gleichrichter nachfolgende Batterie wird die Ausgangsspannung U_out(t) der elektrischen Maschine 110 begrenzt. Damit ergibt sich eine reale Ausgangsspannung U_out(t), die sich durch eine rechteckigen Signalverlauf annähern lässt.Curve 310 shows schematically the ideal induced voltage U _i (t) the ideal voltage source 211 . Curve 320 shows the real one Output voltage U _out (t) at the exit of the electrical machine 110 and curve 330 the associated real output current i (t) at the exit of the electrical machine 110 . The output voltage is due to the battery following the rectifier U _out (t) of the electrical machine 110 limited. This results in a real output voltage U _out (t) , which can be approximated by a rectangular waveform.

Die Nulldurchgänge (entspricht hier den steigenden und fallende Flanken) der Ausgangsspannung U_out(t) 320 bzw. die entsprechenden Nulldurchgänge des Ausgangsstroms i(t) 330 stellen charakteristische Werte des jeweiligen Signals dar, welche jeweils wenigstens einmal pro Umdrehung des Rotors der elektrischen Maschine 110 auftreten.The zero crossings (here corresponds to the rising and falling edges) of the output voltage U _out (t) 320 or the corresponding zero crossings of the output current i (t) 330 represent characteristic values of the respective signal, which are each at least once per revolution of the rotor of the electrical machine 110 occur.

Der Zeitpunkt, zu welchem die steigende Flanke der Ausgangsspannung U_out(t) bzw. der aufsteigende Nulldurchgang des Ausgangsstroms i(t) auftreten, ist in 3 mit t_n bezeichnet. Als t_n+1 ist der Zeitpunkt bezeichnet, zu welchem die fallende Flanke des Ausgangsspannung U_out(t) bzw. der absteigende Nulldurchgang des Ausgangsstroms i(t) auftreten.The time at which the rising edge of the output voltage U _out (t) or the ascending zero crossing of the output current i (t) occur is in 3rd With t _n designated. As t _{n + 1} is the time at which the falling edge of the output voltage U _out (t) or the descending zero crossing of the output current i (t) occur.

Δt beschreibt das Zeitintervall zwischen den beiden Zeitpunkten t_n und t_n+1 und somit das Zeitintervall zwischen zwei charakteristischen Werten dieser Signale 320, 330 der elektrischen Maschine 110. Δt describes the time interval between the two times t _n and t _{n + 1} and thus the time interval between two characteristic values of these signals 320 , 330 of the electrical machine 110 .

ω_n und ω_n+1 bezeichnen jeweils die elektrische Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Maschine 110 zu den Zeitpunkten t_n bzw. t_n+1 . ϑ_n und ϑ_n+1 bezeichnen jeweils den elektrischen Polradwinkel der elektrischen Maschine 110 zu den Zeitpunkten t_n bzw. t_n+1 . ω _n and ω _{n + 1} denote the electrical angular velocity of the electrical machine 110 at the times t _n respectively. t _{n + 1} . ϑ _n and ϑ _{n + 1} each denote the electrical magnet wheel angle of the electrical machine 110 at the times t _n respectively. t _{n + 1} .

Diese mechanische Winkelgeschwindigkeit sowie dieser mechanische Polradwinkel, also die auf die Welle der elektrischen Maschine 110 bezogenen Größen, ergeben sich durch Division der elektrischen Größen durch die Polpaarzahl p der elektrischen Maschine 110.This mechanical angular velocity as well as this mechanical magnet wheel angle, i.e. that on the shaft of the electrical machine 110 related quantities are obtained by dividing the electrical quantities by the number of pole pairs p of the electrical machine 110 .

Wie in 3 zu erkennen, stellt der Polradwinkel ϑ den Winkelversatz zwischen der idealen induzierten Spannung U_i(t) und der realen Ausgangsspannung U_out(t) bzw. dem zugehörigen Stromverlauf i(t) dar.As in 3rd to recognize, the magnet wheel angle ϑ represents the angular offset between the ideal induced voltage U _i (t) and the real output voltage U _out (t) or the associated current profile i (t) represents.

ϑ_n entspricht dem Winkel zwischen dem ersten Nulldurchgang der idealen induzierten Spannung U_i(t) 310 und dem darauf folgenden aufsteigenden Nulldurchgang des Stroms i(t) 330 bzw. der aufsteigenden Flanke der realen Ausgangsspannung U_out(t) 320. ϑ_n+1 entspricht dem Winkel zwischen dem zweiten, absteigenden Nulldurchgang der idealen induzierten Spannung U_i(t) 310 und dem darauf folgenden absteigenden Nulldurchgang des Stroms i(t) 330 bzw. der absteigenden Flanke der Ausgangsspannung U_out(t) 320.ϑ _n corresponds to the angle between the first zero crossing of the ideal induced voltage U _i (t) 310 and the subsequent rising zero crossing of the current i (t) 330 or the rising edge of the real output voltage U _out (t) 320 . ϑ _{n + 1} corresponds to the angle between the second, descending zero crossing of the ideal induced voltage U _i (t) 310 and the subsequent descending zero crossing of the current i (t) 330 or the falling edge of the output voltage U _out (t) 320 .

Die elektrische bzw. mechanische Winkelgeschwindigkeit ergibt sich aus der Zeit zwischen zwei Nulldurchgängen des Stroms i(t) 330 bzw. zwei Flanken der Ausgangsspannung U_out(t) 320 und dem dazwischen überstrichenen elektrischen beziehungsweise mechanischen Winkel. Die der mechanischen Winkelgeschwindigkeit zugrunde liegende Drehfrequenz (f = ω_mech / (2π)) wird auch als Drehzahl n der Generatorwelle bzw. Kurbelwelle bezeichnet. Der überstrichene Winkel ergibt sich aus dem elektrischen (180°) bzw. mechanischen (180°/p) Abstand zweier Signalflanken und der dazwischen aufgetretenen Änderung des elektrischen beziehungsweise mechanischen Polradwinkels.The electrical or mechanical angular velocity results from the time between two zero crossings of the current i (t) 330 or two edges of the output voltage U _out (t) 320 and the electrical or mechanical angle swept between them. The rotational frequency on which the mechanical angular velocity is based (f = ω _mech / (2π)) is also referred to as the rotational speed n of the generator shaft or crankshaft. The swept angle results from the electrical (180 °) or mechanical (180 ° / p) distance between two signal edges and the change in the electrical or mechanical magnet wheel angle that occurs between them.

Um den Polradwinkel 9 mit Hilfe des theoretischen Modells im Rahmen des vorliegenden Verfahrens zu bestimmen, wird das Ersatzschaltbild 200 aus 2 durch folgende Gleichung beschrieben: $U_{i} (t) = U_{L} (t) + U_{R} (t) + U_{r} (t)$

Around the magnet wheel angle 9 To determine with the help of the theoretical model in the context of the present method, the equivalent circuit diagram 200 out 2nd described by the following equation:

U_{i} (t) = U_{L} (t) + U_{R} (t) + U_{r} (t)

Durch Umstellen dieser Gleichung ergibt sich folgende Differentialgleichung, welche das Ersatzschaltbild 200 des Systems 100 beschreibt: $ω * U_{i 0} * sin (ω t) - U_{r} (t) = L * \frac{d i (t)}{d t} + R * i (t)$

By changing this equation, the following differential equation results, which is the equivalent circuit diagram 200 of the system 100 describes:

ω * U_{i 0} * sin (ω t) - U_{r} (t) = L * \frac{d i (t)}{d t} + R * i (t)

Durch Lösen dieser Differentialgleichung ergibt sich eine Rechenvorschrift zur Berechnung des zeitlichen Stromverlaufs i(t).Solving this differential equation results in a calculation rule for calculating the current over time i (t) .

Gemäß den in 3 dargestellten Signalverläufen wird aus dem Verlauf des Stroms i(t) 330 und dem zugrundeliegenden Verlauf der idealen Spannung U_i(t) 310 der Polradwinkel ϑ als Phasenversatz dieser beiden Signale bestimmt. In Abhängigkeit von dem bestimmten Polradwinkel 9 werden wiederum die Drehzahl der Generatorwelle beziehungsweise die Winkelgeschwindigkeit ermittelt und letztendlich die Drehwinkelposition der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bestimmt.According to the in 3rd The waveforms shown are derived from the course of the current i (t) 330 and the underlying course of the ideal voltage U _i (t) 310 the magnet wheel angle ϑ is determined as the phase offset of these two signals. Depending on the specific rotor angle 9 in turn, the speed of the generator shaft or the angular velocity are determined and ultimately the rotational angle position of the crankshaft of the internal combustion engine is determined.

Durch Näherungen bzw. als vernachlässigbar klein angenommene Größen können das theoretische Modell und somit obige Differentialgleichung vereinfacht werden. Insbesondere können somit die Anzahl der Randbedingungen und Eingangsgrößen sowie die die Komplexität des Modells und der Polradwinkelbestimmung reduziert werden, wie nachfolgend in Bezug auf die 4 bis 6 erläutert wird.The theoretical model and thus the differential equation above can be simplified by approximations or quantities assumed to be negligible. In particular, the number of boundary conditions and input variables as well as the complexity of the model and the rotor angle determination can thus be reduced, as follows in relation to the 4th to 6 is explained.

In 4 ist ein theoretisches Modell 400 des Systems 100 bzw. des Ersatzschaltbilds 200 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Blockdiagramm dargestelltIn 4th is a theoretical model 400 of the system 100 or the equivalent circuit diagram 200 according to a preferred embodiment of the The method according to the invention is shown schematically as a block diagram

In diesem Fall wird der Innenwiderstand R der elektrischen Maschine 110 als vernachlässigbar klein gegenüber der Induktivität L angenommen, so dass der Term U_R(t) bzw. R*i(t) in obiger Differentialgleichung entfällt. Ferner wird die Drehzahl für den betrachteten Zeitraum Δt als konstant angenommen und es wird angenommen, dass weder im betrachtetet Zeitraum Δt noch ausreichend lange davor eine Zustandsänderung des Spannungsreglers 120 erfolgt, so dass auch U_reg als konstant angenommen wird.In this case the internal resistance R of the electrical machine 110 as negligible compared to the inductance L assumed so the term U _R (t) or R * i ( t ) in the above differential equation. Furthermore, the speed for the period under consideration Δt assumed to be constant and it is assumed that neither in the considered period Δt a change in the state of the voltage regulator for a sufficient period of time 120 done so that too U _reg is assumed to be constant.

In diesem Fall werden dem theoretischen Modell 400 als erste Randbedingung 411 die Induktivität L der elektrischen Maschine 110 und als zweite Randbedingung 412 die ideale Leerlaufspannung U_i0 vorgegeben.In this case, the theoretical model 400 as the first constraint 411 the inductance L of the electrical machine 110 and as a second constraint 412 the ideal open circuit voltage U _i0 given.

Als erste Eingangsgröße 421 wird die Zeitdifferenz Δt zwischen zwei Flanken der realen Ausgangsspannung U_out(t) 320 vorgegeben. Als zweite Eingangsgröße 422 wird die Spannung Ubat der Batterie 140 zugeführt und als dritte Eingangsgröße 423 die Kurzschlussspannung U_reg am MOSFET 130 der Gleichrichter- und Spannungsreglerschaltung 120.As the first input variable 421 becomes the time difference Δt between two edges of the real output voltage U _out (t) 320 given. As a second input variable 422 becomes the tension Ubat the battery 140 fed and as the third input variable 423 the short circuit voltage U _reg on the MOSFET 130 the rectifier and voltage regulator circuit 120 .

Als Ausgangsgröße 431 des theoretischen Modells 400 wird der Polradwinkel 9 als Funktion dieser Randbedingungen 411, 412 und dieser Eingangsgrößen 421, 422, 423 bestimmt: $ϑ = f (L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e g}, Δ t)$

As an output variable 431 of the theoretical model 400 becomes the magnet wheel angle 9 as a function of these

boundary conditions

411 , 412 and these

input variables

421 , 422 , 423 certainly:

ϑ = f (L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e G}, Δ t)

Zur Berechnung des Polradwinkels 9 wird die mathematische Gleichung für den Stromverlauf, die sich aus der obigen Differentialgleichung unter Berücksichtigung der festgelegten Vereinfachungen ergibt, zu Null gesetzt, da dadurch der Auftrittszeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms bestimmt werden kann. Durch die Annahme konstanter Drehzahl ergibt sich damit für den Polradwinkel folgende Berechnungsvorschrift: $ϑ = {cos}^{- 1} (\frac{U_{r}}{U_{i 0}} * \frac{Δ t}{2})$

U_r ergibt sich dabei abhängig davon, ob die Ausgangsspannung U_out gerade U_bat oder U_reg entspricht.To calculate the magnet wheel angle 9 the mathematical equation for the current profile, which results from the above differential equation taking into account the specified simplifications, is set to zero, since this enables the time of occurrence of the zero crossing of the current to be determined. Assuming constant speed, the following calculation rule results for the magnet wheel angle:

ϑ = {cos}^{- 1} (\frac{U_{r}}{U_{i 0}} * \frac{Δ t}{2nd})

U _r depends on whether the output voltage U _out straight U _asked or U _reg corresponds.

In 5 ist ein theoretisches Modell 500 des Systems 100 bzw. des Ersatzschaltbilds 200 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt.In 5 is a theoretical model 500 of the system 100 or the equivalent circuit diagram 200 according to a further preferred embodiment of the method according to the invention, shown schematically as a block diagram.

In diesem Beispiel wird der Innenwiderstand R der elektrischen Maschine nicht vernachlässigt, so dass dieser Innenwiderstand R als weitere Randbedingung 511 dem Modell 500 zugeführt wird. Die übrigen Randbedingungen 411, 412 und Eingangsgrößen 421, 422, 423 werden analog zu dem Beispiel von 4 zugeführt.In this example the internal resistance R the electrical machine is not neglected, so this internal resistance R as a further boundary condition 511 the model 500 is fed. The other boundary conditions 411 , 412 and input variables 421 , 422 , 423 are analogous to the example of 4th fed.

Als Ausgangsgröße 531 des theoretischen Modells 500 wird der Polradwinkel 9 ferner als Funktion des Innenwiderstands bestimmt: $ϑ = f (R, L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e g}, Δ t)$

As an output variable 531 of the theoretical model 500 becomes the magnet wheel angle 9 also determined as a function of internal resistance:

ϑ = f (R, L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e G}, Δ t)

Zur Berechnung des Polradwinkels ϑ wird die mathematische Gleichung für den Stromverlauf, die sich aus der obigen Differentialgleichung unter Berücksichtigung der festgelegten Vereinfachungen ergibt, zu Null gesetzt: $(A cos (ω t_{1}) - B sin (ω t_{1})) * (1 + e^{C}) - D * (1 - e^{C}) = 0$

To calculate the magnet wheel angle ϑ, the mathematical equation for the current profile, which results from the above differential equation taking into account the specified simplifications, is set to zero:

(A cos (ω t_{1}) - B sin (ω t_{1})) * (1 + e^{C.}) - D * (1 - e^{C.}) = 0

A, B, C und D sind dabei Funktionen, die von R, L, U_i0 , ω, U_reg und U_bat abhängen. ω steht für die Winkelgeschwindigkeit und ergibt sich bei konstant angenommener Drehzahl insbesondere zu: $ω = \frac{π}{Δ t}$

A, B, C and D are functions by R , L , U _i0 , ω , U _reg and U _asked depend. ω stands for the angular velocity and results in particular when the speed is assumed to be constant:

ω = \frac{π}{Δ t}

Der durch diese Gleichung bestimmbare Auftrittszeitpunkt t₁ für den Nulldurchgang des Stromverlaufs stellt gleichzeitig die verstrichene Zeit seit dem letzten Nulldurchgang der idealen induzierten Spannung dar, da dieser gemäß Festlegung der Differentialgleichung zum Zeitpunkt t = 0 auftritt.The time of occurrence determined by this equation t ₁ for the zero crossing of the current curve, the time elapsed since the last zero crossing represents the ideal induced voltage, since this is determined in accordance with the differential equation at the time t = 0 occurs.

Aus der Zeit zwischen den Nulldurchgängen und der Zeit Δt kann insbesondere gemäß folgender Formel der elektrische Polradwinkel 9 berechnet werden: $ϑ = \frac{t_{1}}{2 Δ t} * 360^{\circ}$

Der mechanische Polradwinkel bezogen auf die Welle der elektrischen Maschine ergibt sich insbesondere durch Division des elektrischen Polradwinkels mit der Polpaarzahl p (ϑ_mech = ϑ_el / p).From the time between the zero crossings and the time Δt can in particular according to the following formula of the electrical magnet wheel angle 9 be calculated:

ϑ = \frac{t_{1}}{2nd Δ t} * 360^{\circ}

The mechanical pole wheel angle in relation to the shaft of the electrical machine results in particular by dividing the electrical pole wheel angle by the number of pole pairs p (ϑ _mech = ϑ _el / p).

In 6 ist ein weiteres theoretisches Modell 600 des Systems 100 bzw. des Ersatzschaltbilds 200 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt.In 6 is another theoretical model 600 of the system 100 or the equivalent circuit diagram 200 according to a further preferred embodiment of the method according to the invention, shown schematically as a block diagram.

Trifft eine der Annahmen nicht zu, dass die Drehzahl und/oder der Zustand des Spannungsreglers 120 konstant sind, wirkt sich dies auf den Polradwinkel ϑ aus. In Bereichen hoher Drehzahldynamik oder elektrischer Einschwingvorgänge durch Spannungsregler-Eingriffe können deren Einflüsse berücksichtigt werden. If one of the assumptions does not apply that the speed and / or the state of the voltage regulator 120 are constant, this affects the magnet wheel angle ϑ. In areas of high speed dynamics or electrical transient processes caused by voltage regulator interventions, their influences can be taken into account.

In diesem Fall können mit Hilfe des theoretischen Modells ferner die Winkelgeschwindigkeit ω der idealen Spannungsquelle 211 sowie die Zeitpunkte t, zu welchen die charakteristischen Werte bzw. die Signalflanken der Ausgangsspannung U_out(t) 320 auftreten, bestimmt und als Eingangsgrößen rückgeführt werden.In this case, the angular velocity can also be calculated using the theoretical model ω the ideal voltage source 211 as well as the times t to which the characteristic values or the signal edges of the output voltage U _out (t) 320 occur, determined and fed back as input variables.

In 6a ist beispielhaft der Fall dargestellt, dass mit einem entsprechenden theoretischen Modell 600 in einem initialen Rechenschritt eine Initialisierung des entsprechenden Algorithmus vorgenommen wird.In 6a is exemplified the case that with a corresponding theoretical model 600 the corresponding algorithm is initialized in an initial calculation step.

Zu diesem Zweck werden als eine erste weitere Eingangsgröße 621 ein initialer Zeitpunkt t₀ , zu welchem eine erste Flanke der Ausgangsspannung U_out(t) 320 auftritt, als zweite weitere Eingangsgröße 622 eine initiale Winkelgeschwindigkeit ω₀ der idealen Spannungsquelle 211 und als dritte weitere Eingangsgröße 623 ein initialer Polradwinkel ϑ₀ im Modell geschätzt oder näherungsweise bestimmt.For this purpose, as a first further input variable 621 an initial point in time t ₀ , to which a first edge of the output voltage U _out (t) 320 occurs as a second additional input variable 622 an initial angular velocity ω ₀ the ideal voltage source 211 and as a third further input variable 623 an initial magnet wheel angle ϑ _{0 is} estimated or approximately determined in the model.

Als erste Ausgangsgröße 631 des Modells 600 wird der Zeitpunkt t_n der aktuellen Flanke der Ausgangsspannung U_out(t) 320 bestimmt, als zweite Ausgangsgröße 632 die aktuelle Winkelgeschwindigkeit ω_n der idealen Spannungsquelle 211 und als dritte Ausgangsgröße 633 der aktuelle Polradwinkel ϑ_n.As the first output variable 631 of the model 600 will be the time t _n the current edge of the output voltage U _out (t) 320 determined as the second output variable 632 the current angular velocity ω _n the ideal voltage source 211 and as the third output variable 633 the current magnet wheel angle ϑ _n .

In 6b ist beispielhaft dargestellt, wie die in dem aktuellen Rechenschritt bestimmten Werte für den Zeitpunkt t_n , die aktuelle Winkelgeschwindigkeit ω_n und den aktuellen Polradwinkel ϑ_n für den nachfolgenden Rechenschritt als Eingangsgrößen rückgeführt werden.In 6b is shown as an example, like the values for the point in time determined in the current calculation step t _n , the current angular velocity ω _n and the current pole wheel angle ϑ _n are fed back as input variables for the subsequent calculation step.

Somit wird mit Hilfe des theoretischen Modells 600 der Polradwinkel 9 im Zuge des aktuellen iterativen Schritts ferner in Abhängigkeit von den im vorhergehenden Schritt bestimmten Werten für die Winkelgeschwindigkeit ω_n , den Auftrittszeitpunkt t_n der Ausgangsspannungsflanke und den Polradwinkel ϑ_n bestimmt: $ϑ = f (R, L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e g}, Δ t, t_{n}, ω_{n}, ϑ_{n})$

Da keine konstante Drehzahl mehr angenommen wird, muss zwischen der Drehzahl zum Zeitpunkt t_n und t_n+1 unterschieden werden.Thus, with the help of the theoretical model 600 the magnet wheel angle 9 in the course of the current iterative step further depending on the values for the angular velocity determined in the previous step ω _n , the time of performance t _n the output voltage edge and the rotor angle ϑ _n determines:

ϑ = f (R, L, U_{i 0}, U_{b a t}, U_{r e G}, Δ t, t_{n}, ω_{n}, ϑ_{n})

Since a constant speed is no longer assumed, there must be a difference between the speed at the time t _n and t _{n + 1} be distinguished.

Ebenfalls ergeben sich verschiedene Polradwinkel ϑ_n und ϑ_n+1 für diese Zeitpunkte. Die Differenz dieser beiden Werte wird mit Δϑ bezeichnet.There are also different magnet wheel angles ϑ _n and ϑ _{n + 1} for these times. The difference between these two values is called Δϑ.

Wird wie im vorherigen Fall die Lösung der obigen Differentialgleichung zu null gesetzt, ergibt sich der Polradwinkelunterschied Δϑ aus folgender Gleichung: $\begin{array}{l} E sin ((\frac{π + Δ ϑ}{Δ t}) (t_{1} + Δ t)) - \\ - F cos ((\frac{π + Δ ϑ}{Δ t}) (t_{1} + Δ t)) - I + \\ + (G cos (ω_{1} t_{1}) - H sin (ω_{1} t_{1}) + I) e^{- J Δ t} = 0 \end{array}$

E, F, H, G, I und J sind dabei insbesondere Funktionen, die von R, L, U_i0 , ω, Δϑ, U_reg und U_bat abhängen.If, as in the previous case, the solution of the above differential equation is set to zero, the magnet wheel angle difference Δϑ results from the following equation:

\begin{array}{l} E sin ((\frac{π + Δ ϑ}{Δ t}) (t_{1} + Δ t)) - \\ - F cos ((\frac{π + Δ ϑ}{Δ t}) (t_{1} + Δ t)) - I. + \\ + (G cos (ω_{1} t_{1}) - H sin (ω_{1} t_{1}) + I.) e^{- J Δ t} = 0 \end{array}

E, F, H, G, I and J are functions in particular R , L , U _i0 , ω , Δϑ, U _reg and U _asked depend.

In der Gleichung ist ersichtlich, dass eine Lösung nur für bekannte t₁ und ω₁ , also für einen bekannten Zeitpunkt des Stromnulldurchgangs t_n und eine bekannte Winkelgeschwindigkeit ω_n aus dem letzten Rechendurchgang berechenbar ist. Daher wird hier insbesondere eine iterative Algorithmusstruktur wie in 6b dargestellt benötigt.In the equation it can be seen that a solution is only for known ones t ₁ and ω ₁ , i.e. for a known point in time of zero current crossing t _n and a known angular velocity ω _n can be calculated from the last calculation run. Therefore, an iterative algorithm structure like in 6b shown needed.

Aus Δϑ folgen insbesondere die folgenden weiteren Größen: $\begin{matrix} ω_{n + 1} = \frac{π + Δ ϑ}{Δ t} \\ ϑ_{n + 1} = ϑ_{n} + Δ ϑ \\ t_{n + 1} = \frac{ϑ_{n + 1}}{ω_{n + 1}} = \frac{ϑ_{n} + Δ ϑ}{π +Δ ϑ} Δ t \end{matrix}$

The following further variables in particular follow from Δϑ:

\begin{matrix} ω_{n + 1} = \frac{π + Δ ϑ}{Δ t} \\ ϑ_{n + 1} = ϑ_{n} + Δ ϑ \\ t_{n + 1} = \frac{ϑ_{n + 1}}{ω_{n + 1}} = \frac{ϑ_{n} + Δ ϑ}{π + Δ ϑ} Δ t \end{matrix}

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.The rotational angle position of the crankshaft determined according to one of the above methods is then used, in particular, to control the internal combustion engine, with injection timing, ignition timing and top dead center, for example, being determined and speed-based and position-based control functions being calculated and executed depending on the specific rotational angle position.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102014206173 A1 [0006]
DE 102016221459 A1 [0007]

Claims

Method for determining an angular position of a crankshaft of an internal combustion engine, which is coupled directly or in translation with an electrical machine (110) comprising a rotor and a stator, which is connected downstream of a rectifier and voltage regulator circuit (120) and a battery (140), wherein at least one signal (320, 330) from the electrical machine (110) each has one or more characteristic values, which occur at least once per revolution of the rotor, characterized in that a system comprising the electrical machine (110), the rectifier and voltage regulator circuit (120) and the battery (140) are described with the aid of a theoretical model (400, 500, 600), as a boundary condition for the theoretical model (400, 500, 600) an inductance (411) of the electrical machine (110) and a theoretical open circuit voltage (412) of the electrical machine (110) are specified as input variables for the theor etische Modell (400, 500, 600) current values of a time difference (Δt, 421) between two characteristic values of the at least one signal (320, 330) of the electrical machine (110), a voltage (422) of the battery (140) and one Short-circuit voltage (423) of the rectifier and voltage regulator circuit (120) can be specified, using the theoretical model (400, 500, 600) depending on the boundary conditions (411, 412) and the input variables (421, 422, 423) a magnet wheel angle ( 431, 531, 633) is determined and the rotational angle position of the crankshaft is determined as a function of the magnet wheel angle (431, 531, 633).

Procedure according to Claim 1 , the input value being the current value for the time difference (Δt, 421) between two zero crossings of the at least one signal (320) of the electrical machine (110), in particular between two zero crossings of an output voltage (320) of the electrical machine (110).

Procedure according to Claim 1 or 2nd , the magnet wheel angle (431, 531, 633) being determined by using the theoretical model (400, 500, 600) to determine a profile of a current (330) at the output of the electrical machine (110) and the magnet wheel angle (431, 531, 633) is determined as the angular offset between this profile of the current (330) and an ideal induced voltage (310) of the electrical machine (110).

Method according to one of the preceding claims, wherein a differential equation is determined as the theoretical model (400, 500, 600), which is an equivalent circuit diagram (200) of the system (100) from the electrical machine (110), the rectifier and voltage regulator circuit (120 ) and the battery (140).

Procedure according to Claim 3 and 4th , the course of the current (330) at the output of the electrical machine (110) being determined as a solution to the differential equation.

Method according to one of the preceding claims, wherein an internal resistance (511) of the electrical machine (110) is also specified as a boundary condition for the theoretical model (500, 600).

Method according to one of the preceding claims, further comprising using the theoretical model (500, 600) an angular velocity (632) of an ideal voltage source (211) of the electrical machine (110) and a point in time (631) of a characteristic value of the at least one signal ( 320) of the electrical machine (110) can be determined.

Procedure according to Claim 7 , the angular velocity (632) of the ideal voltage source (211) of the electrical machine (110), the time (631) of the characteristic value of the at least one signal (320) and the magnet wheel angle (631) as input variables for the theoretical model (600) be returned.

Procedure according to Claim 7 and 8th , for an initial calculation step, an initial angular velocity (622) of the ideal voltage source (211) of the electrical machine (110), an initial point in time (621) of the characteristic value of the at least one signal (320) and an initial magnet wheel angle (623) as input variables for the theoretical model (600) can be estimated or approximated.

Method according to one of the preceding claims, furthermore a pressure, in particular an ambient pressure, and / or a temperature, in particular an ambient temperature and / or a temperature of the internal combustion engine, being specified as the input variable for the theoretical model (400, 500, 600).

Method according to one of the preceding claims, wherein the determination of the rotational angle position of the crankshaft is carried out as a function of the magnet wheel angle (431, 531, 633) and furthermore as a function of a slippage of a belt.

Method according to one of the preceding claims, wherein the internal combustion engine is operated as a function of the determined rotational angle position of the crankshaft.

Computing unit (150) which is set up to carry out all method steps of a method according to one of the preceding claims.

Computer program which causes a computing unit (150) to carry out all method steps of a method according to one of the Claims 1 to 12th perform when it runs on the arithmetic unit.

Machine-readable storage medium with a computer program stored on it Claim 14 .