EP3414830A1 - Ermitteln eines betriebszustands einer an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine - Google Patents

Ermitteln eines betriebszustands einer an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine

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Publication number
EP3414830A1
EP3414830A1 EP16820295.0A EP16820295A EP3414830A1 EP 3414830 A1 EP3414830 A1 EP 3414830A1 EP 16820295 A EP16820295 A EP 16820295A EP 3414830 A1 EP3414830 A1 EP 3414830A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric machine
speed
rotational speed
combustion engine
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16820295.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Mehringer
Joerg Maas
Christoph Knobelspies
Manuel Mueller
Fabio Magini
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3414830A1 publication Critical patent/EP3414830A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/06—Control effected upon clutch or other mechanical power transmission means and dependent upon electric output value of the generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B67/00—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for
    • F02B67/04—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus
    • F02B67/06—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus driven by means of chains, belts, or like endless members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H7/00—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
    • F16H7/02—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with belts; with V-belts
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/008—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output wherein the generator is controlled by the requirements of the prime mover

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining freewheeling phases of an electric machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine, as well as a computing unit, preferably a controller for an electrical machine, and a computer program for its implementation.
  • electrical machines for regulating the vehicle electrical system voltage in vehicles, electrical machines, in particular externally excited electrical machines, can be used. These have a controller which regulates the excitation current of the electric machine as a function of the vehicle electrical system voltage.
  • the electric machine is coupled to the internal combustion engine with a coupling element, typically with a belt drive, wherein the coupling element is subjected to different torques both by the internal combustion engine and by the electric machine, depending on the respective operating state.
  • the electric machine typically has a freewheeling element in order to reduce the abrasion of the belt drive caused by the application of torque to the electric machine or the internal combustion engine.
  • the electric machine can thus have freewheeling phases in which the freewheeling element is active and thus the electric machine is decoupled from the internal combustion engine.
  • the freewheeling element is particularly active when the rotational speed of the electric machine is greater than that of the internal combustion engine.
  • an electrical machine can also be an electric machine which can be operated as a generator and / or motor, for example a so-called starter generator.
  • a method for determining an operating state of a freewheeling state coupled to a freewheel to an internal combustion engine and a computer unit and a computer program for carrying it out with the features of the independent claims.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
  • the method is used to determine freewheeling phases of a coupled to a freewheel to an internal combustion engine electric machine.
  • the determined freewheeling phases can be used in particular for determining a deceleration torque of an electric machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine.
  • operating states of the electrical machine can also be determined by means of the method in which no free-wheeling phases are present.
  • the electric machine can be driven by the internal combustion engine, wherein the electric machine with the internal combustion engine via a freewheel and an engaging belt drive are coupled together. Due to the coupling between the electric machine and the internal combustion engine, depending on the operating state of the electric machine, torque can be transmitted to the electric machine by the internal combustion engine. On the part of the electric machine, the torque of the internal combustion engine is counteracted by a deceleration moment, which should be overcome, in particular in the idling state, in order not to impair the operation of the internal combustion engine.
  • the most accurate possible knowledge of the torque absorbed by an electric machine is therefore generally of general interest, in particular in order to regulate accordingly a control of an internal combustion engine driving the electric machine.
  • the knowledge of this torque absorption of the electric machine is also of special interest, in particular when the internal combustion engine is in a control-critical operating condition, such as the idle state.
  • the torque absorbed by the electric machine in tips can assume very high values, the power output of the internal combustion engine or the associated torque being rather small or fluctuating, which can result in considerable speed instabilities of the internal combustion engine. In extreme cases, this can even lead to the generator 'stalling' the combustion engine with its torque, that is to say stopping the rotation of the internal combustion engine. This is due to the fact that the internal combustion engine only outputs its torque in a pulse-like manner, ie in each of the power strokes. In the intermediate phases, the internal combustion engine can not control its torque.
  • a time profile of a phase signal of the electric machine is detected and based on the phase signal, a time profile of a rotational speed of the electrical machine is determined.
  • the phase signal of the electrical machine in particular comprises at least one of the phase voltages and / or at least one of the phase currents of the electrical machine.
  • the use of the phase signal for determining the rotational speed is advantageous since the rotational speed can be determined directly from measured variables already available in the electrical machine, without requiring a further sensor, for example a rotational speed sensor, which determines the rotational speed of the electrical machine ,
  • At least one freewheeling phase is determined by evaluating the time change of the rotational speed of the electric machine, at least in the time range of a falling edge of an oscillating speed oscillation of the electric machine.
  • the internal combustion engine gives its respective torque, due to the working cycles of the individual cylinders, impulsively to the crankshaft.
  • the frequency of the torque output is essentially determined by the current speed and the number of cylinders of the internal combustion engine, in particular an internal combustion engine.
  • the frequency of the pulse-like torque output is coupled into the electric machine such that they are reflected as the average speed signal superimposed oscillations.
  • These oscillations are interrupted in active freewheeling accordingly by the onset of the freewheel. This is given in particular in time ranges in which the speed curve of the electric machine has speed slopes with decreasing slope.
  • a delay variable influencing the manipulated variable is varied to vary the speed curve of the electric machine, which is then closed on a freewheeling phase when a falling edge of a oscillating speed oscillation of the electric machine of the the deceleration moment influencing manipulated variable is dependent.
  • the amplitude of the torque influencing the deceleration torque is to be chosen so that the speed curve of the internal combustion engine, especially in the freewheeling state, is not disturbed appreciably.
  • the resulting speed change is particularly well determined in a freewheeling phase of the electric machine.
  • the change in the manipulated variable influencing the deceleration torque of the electrical machine takes place in a clocked manner.
  • the pulsed influencing of the exciter current is especially preferred in the present case, since such a change can be implemented particularly easily.
  • a pulsed loading of the electrical machine with a change of the excitation current is particularly advantageous, as this the rotational speed of the electric machine can be superimposed on a "disturbance signal" unique and characteristic signature, whereby the freewheeling states of the electrical machine are particularly easy to determine based on the signature.
  • the clock frequency is greater, preferably at least by a factor of two, more preferably at least by a factor of four greater than a frequency of the oscillating speed fluctuations of the internal combustion engine or the speed fluctuation coupled into the electric machine.
  • the magnitude variation of the manipulated variable influencing the deceleration moment of the electrical machine is regulated in a value range having a lower threshold value and an upper threshold value, the lower threshold value passing through a detection threshold of the speed fluctuations caused by the variation of the electric machine is given and the upper threshold value is determined such that the change in the rotational speed of the electric machine caused thereby is below a tolerance threshold.
  • the detection threshold is the threshold at which the amplitude or the magnitude of the manipulated variable influencing the deceleration torque of the electrical machine is so great that this disturbance, under normal circumstances, can be detected in the rotational speed signal.
  • the tolerance threshold is determined in such a way that the amplitude or the amount of the manipulated variable influencing the deceleration torque of the electrical machine is at most so great that the internal combustion engine and / or the vehicle electrical system, in particular the voltage of the electrical system, are not appreciably disturbed.
  • the freewheeling phase of the electric machine is determined by detecting a time interval of the rotational speed from the time course of the rotational speed and detecting a characteristic of the freewheeling state curve of the rotational speed of the electric machine, wherein the time interval is a maximum speed, a minimum speed and a has falling edge of the speed arranged between the maximum speed and minimum speed.
  • a freewheeling phase can be determined on the basis of the gradient of the falling edge of the rotational speed (time change or gradient) of the electric machine become. This gradient largely depends on the deceleration torque of the electrical machine. With knowledge of the deceleration torque of the electric machine can be directly on the gradient of the rotational speed of the electric machine in an undisturbed, decoupled from the internal combustion engine state closed.
  • the time interval is selected such that this additionally has an ascending edge of the rotational speed, wherein the freewheeling phase is determined by comparing the rising edge of the rotational speed and the descending edge of the rotational speed.
  • the rising edge of the electric machine is usually forcibly coupled to the engine.
  • Associated with the forced coupling is thus a fixed slope or a fixed gradient of the rotational speed of the electric machine.
  • This gradient at a rising edge of the rotational speed corresponds approximately to the magnitude of the same gradient, but with the opposite sign, in the region of the falling edge of the rotational speed, provided that the electric machine is also coupled in the region of the falling edge with the internal combustion engine. If this is not the case, there is a significant difference in the gradient or gradient of the ascending and descending edge of the rotational speed, which also makes it possible to conclude that a freewheeling state is present.
  • a freewheeling phase upon detection of a freewheeling phase, its duration can be determined by analyzing the rotational speed, in particular the analysis of the sloping regions of the rotational speed.
  • the freewheeling phases occur in time ranges of the rotational speed at which the gradient of the rotational speed has a negative slope. By temporally locating these speed ranges of "negative" slope or falling speed edges, the exact time position and / or the duration of the freewheeling phases can be determined even more accurately be localized with increasing speed flanks.
  • the determination of the freewheeling state or the freewheeling phase based on the analysis of the characteristic course of the falling Edge can be alternatively or cumulatively used by the comparison of rising and falling edge as well as by influencing the falling edge of the speed with the delay torque of the electrical machine influencing variable and provide respective uses corresponding benefits.
  • they can be combined with each other in any form, resulting in corresponding advantages in terms of a particularly simple Umsetzbar- or an adjustment and a determination of a freewheeling phase on different data basis (redundancy) result.
  • a further advantageous embodiment of the invention manifests itself in a computing unit, in particular a controller for an electrical machine, which is set up to carry out a method according to the above statements.
  • Figure la shows a via a freewheel to an internal combustion engine
  • coupled electric machine in schematic representation; shows an exemplary course of the electrical power, the mechanical power and the deceleration torque of an electric machine as a function of the rotational speed;
  • FIG. 2a shows a further electrical machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine in a schematic
  • FIG. 2b shows a schematic representation of a
  • Figure 2c shows a time course of a phase voltage and the speed derived therefrom
  • Figure 3a shows a time course of a rotational speed of an electric
  • Figure 3b shows the time course of the rotational speed of an electrical
  • Figure 4a shows a schematic representation of the speed characteristics of an electric machine with different load application
  • Figure 4b shows a schematic representation of the delay torque of the electrical machine influencing control variable
  • FIG. 5 shows a chronological comparison of different torques applied to an electrical machine at different loads of the electric machine.
  • FIG. 1 a shows a system known from the prior art from a motor vehicle electrical system 10 and an electric machine 14 coupled to an internal combustion engine 12 by means of a freewheel 11, wherein the electric machine 14 feeds the vehicle electrical system 10 with energy.
  • the electric machine 14 is by means of a coupling element 16 - typically a Belt drive - driven, wherein the coupling element 16 is fixed on the side of the internal combustion engine 12 on a crankshaft 17 and on the side of the electric machine 14 on a provided with the freewheel 11 role.
  • a computing unit 18 in the form of a controller 20 is provided, which adjusts the excitation current IE IT of the electric machine 14 as a function of the voltage of the electrical system 10.
  • FIG. 1b This is illustrated, for example, in FIG. 1b.
  • the electrical power of the electric machine dashed
  • the mechanical power of the electric machine dotted
  • the torque absorption solid line
  • the torque absorption of the electric machine 14 has a local maximum, especially in the speed range around the idling operation about 800 rpm, which makes the range around the idle mode for the internal combustion engine 12 particularly regular. It may happen that the engine control unit 22 is no longer able to regulate the internal combustion engine 12 accordingly, which is why an erratic increase in the deceleration torque of the electric machine 14, the internal combustion engine can be strangled.
  • FIG. 2 shows a method for determining a deceleration torque M of an electric machine 114 on the basis of the electric machine 114 shown in FIG. 2 a, coupled to a freewheeling element 111 to an internal combustion engine 112, which is driven by the internal combustion engine 112 by means of a coupling element 116.
  • the combination of electrical machine 114 and internal combustion engine 112, as shown in Figure 2 is similar in many parts to the structure shown in Figure 1, which is why the same reference numerals have been used for identical or similar elements and the function and location of the individual elements is identical.
  • the coupling element 116 is operatively connected to the crankshaft 117 of the internal combustion engine 112 on the engine side.
  • the internal combustion engine 112 outputs the torque in a pulse-like manner to the crankshaft 117 due to the operating cycles of the respective cylinders of the internal combustion engine 112.
  • the pulsed torque output of the internal combustion engine 112 is accompanied by abrasion of the coupling element 116, which is alleviated by the free-wheeling element 111 provided on the electric machine 114.
  • the electric machine 114 additionally has a computing unit 118, preferably a controller 120, which regulates the energy fed to the motor vehicle electrical system 100 by specifying an exciter current ⁇ ⁇ ⁇ .
  • a communication link 24 may also be provided (shown in dashed lines).
  • the controller 120 can also be provided to carry out the method described below for determining the freewheeling phases PhiFi of the electric machine or of the deceleration torque M of the electric machine 114.
  • the deceleration torque M of the electric machine 114 is determined on the basis of physical state variables, as described below.
  • the moment of inertia is essentially dependent on the mass and the geometry of the rotor. These variables are basically for each runner, which is installed in an electric machine, readily ascertainable.
  • the moment of inertia of the rotor does not substantially change in a first approximation during operation of the electric machine and can thus be stored as a constant variable, for example in a characteristic field.
  • the torque is generally defined as the time derivative of the angular momentum.
  • the equation of state of all existing in the system of the internal combustion engine 112 and electric machine 114 torques results from the sum of all applied torques, this by given is.
  • the torque of the drive MBI ⁇ M that is, the part of the torque of the internal combustion engine 112, which is transmitted to the electric machine via the belt, can not be determined without further ado.
  • the applied decelerating torque M of the electric machine 114 can be determined, which is summarily influenced by magnetic forces, frictional losses, aerodynamic losses, etc.
  • phase signal 121 is one of the phase voltages 121a of the electric machine 114. It is understood that basically any desired phase voltage of one or more phases of the electric machine 114, but also the respective phase currents, can be used to generate the speed signal 122 the electrical machine 114 to determine. When using more than one phase voltage, a correspondingly higher temporal resolution of the speed signal 122 can be achieved (not shown).
  • the phase voltage 121a extends in a generator with current output in a first approximation rectangular.
  • An average phase time or pulse width Tphase can be detected at this signal of the phase voltage 121a, which can best be determined on the steep edges of the phase voltage 121a.
  • the generator speed thus results from the formula: where nGen is the rotational speed of the electric machine 114 in revolutions per minute, and PPZ is the pole pair number of the electric machine 114.
  • the time interval can in particular be selected such that it is averaged over several oscillations.
  • the speed can preferably be determined digitally. By means of a measurement of the time intervals Tphase of the amplitudes in the phase signal 121 of the electric machine 114, as already described, the instantaneous speed ⁇ can be determined.
  • the controller 118 may store a fixed number of rotational speed values in a memory, for example in a shift register (not shown) and at least one maximum within each one oscillation cycle and determine a minimum instantaneous speed.
  • the maximum and minimum instantaneous speeds are preferably the peak speeds in the respectively detected time range. The difference between these speeds is a measure of the torque output by the engine 112.
  • the rotational speed can be determined on the basis of the rising 126 and falling flanks 124 (see FIG. 3) of the phase voltage 121a. In principle, any number of rpm values can be detected in the memory, although approximately one complete cycle of a vibration should be recorded for an evaluation.
  • the ratios of the respective frequencies are considered below and compared with the Nyquist criterion.
  • Relative to the engine speed results in the generator frequency at inactive freewheeling, ie rigid coupling of the electric machine with the internal combustion engine, or the frequency of the electric machine with where ⁇ is the speed of the internal combustion engine.
  • Ung for fmoment _ ⁇ / 60 * number of cylinders / 2 the result is f / f torque- 2 * Ub * PPZ / number of cylinders.
  • FIG. 3 the rotational speed curve of the internal combustion engine 112 (dashed line) and the rotational speed curve of the electric machine 114 (solid line) with two different loads of the electric machine 114, in the first case without a load applied to the electric machine 114 (FIGS with a voltage applied to the electric machine 114 load ( Figure 3b) shown.
  • the different loads on the electric machine 114 are inevitably accompanied by different deceleration torques M of the electric machine 114. This can be seen from the fact that in the time range of a falling edge 124 of the rotational speed 122, the gradient of the rotational speed 122a of the electric machine 114 without load (see FIG. 3a) is significantly lower than the gradient of the rotational speed 122b of the electric machine 114 with load (FIG. see Figure 3b).
  • the load and thus the deceleration torque MGen of the electric machine 114 can accordingly be regulated by a manipulated variable influencing the deceleration torque MGen.
  • a manipulated variable for example, the excitation current ⁇ ⁇ ⁇ -.
  • the load-sensitive behavior of the rotational speed gradient 122a, 122b in the time range of a falling edge 124 of the rotational speed 122 is significant, in particular in a freewheeling phase Phfi, since in this case the electrical machine is decoupled from the moving masses of the internal combustion engine 112.
  • a change in the deceleration torque MGen of the electric machine 114 also has no appreciable influence on the rising edge 126 of FIG Speed 122 because the electric machine 114 is driven at a rising edge 124 of the rotational speed 126 by the internal combustion engine 112 and thus positively coupled thereto. Even if the load of the electric machine 114 should cause a change in the gradient in the time range of the rising edge 126 of the speed 122, this would always be much lower compared to the change in the gradient in the time range of the falling edge 124 of the speed 122 (freewheel phase Phfi) pronounced and therefore well distinguishable. Thus, the load-sensitive behavior of the electric machine 114 in the time range of a falling edge 124 of the rotational speed 122 can be used to detect a freewheeling phase Phfi.
  • the freewheeling phase Phfi of the electric machine 114 or an operating state of the electric machine 114 having a freewheeling phase Phfi can either be determined as described above, via a change in a manipulated variable influencing the deceleration torque ⁇ ⁇ , or else in other ways.
  • Another possibility here is, for example, a determination of the freewheeling phases based on empirical values, in which it is determined whether - for example, during idling of the internal combustion engine 112 - the freewheel 111 of the electric machine
  • the 114 is active. This can be done on the basis of comparative values of the slope (gradients) in the time range of the falling flanks 124 of the rotational speed 122 of the electric machine 114. These gradients can be deposited accordingly for different loads of the electrical machine 112. The gradients or the course of the rotational speed 122 of the electric machine 114 can also be compared with the time profile of the rotational speed of the internal combustion engine 112 in the same time range. This information can be stored for example in the engine control unit 122 and transmitted via the communication interface 124 to the controller 120, which can then cause a determination of the freewheeling phases PIIFL by comparing the stored values of the speed curve with the actual values of the speed curve.
  • a direct deposit of the values in the controller 120 is possible, which has the advantage that no transmission of data for detecting the freewheeling phases PIIFL via the communication interface 124 is required.
  • Another possibility is the comparison of the rising edges of the speed 122 of the electric machine 114 in the drive phase PhiAnt and the falling edge 124 of the speed 122 of the electric machine 114 in the freewheeling phase PIIFL.
  • the rising flanks 126 in the drive phase PhiAnt and the falling flanks 124 in the freewheeling phase PIIFL of the electrical machine 114 are always asymmetrical to the respective maxima and minima in the time course of the rotational speed 122 of the electrical system Machine 114.
  • the gradients of the falling edges 124 and rising edges 126 of the speed 122 are thus different in magnitude.
  • the falling edges 124 of the rotational speed 122 would always be symmetrical to the respective corresponding rising edges 126 of the rotational speed 122, ie ascending flanks 126 and the falling flanks 124 would essentially have a magnitude equal gradient of slope but with different signs.
  • the freewheeling state PIIFL or the driving state PhiAnt of the electric machine 114 can be determined. The existence of an operating state without free-running phases PhFi_ could equally be determined.
  • the time profile of the rotational speed of the internal combustion engine 112 multiplied by the transmission ratiorod is the speed curve 122a of the electric machine 114 at a first load (dotted line) and the speed curve 122b of the electric machine 114 at a second, in comparison to the first load increased load of the electric machine, shown.
  • the speed curves 122a, 122b have a substantially periodic oscillation 126a, 126b with low amplitude in the time range of the falling edges 124 of the rotational speed 122a, 122b.
  • the periodic oscillations 126a, 126b are effected by a clocking manipulated variable influencing the deceleration torque of the electric machine 114, such as, for example, the excitation current ⁇ ⁇ -.
  • the qualitative course of the exciter current IE IT in particular in the time range of a falling edge 124 of the rotational speed 122, is shown qualitatively for the course of the rotational speed 122a in FIG. 4b.
  • the amplitude of the excitation current IE IT is smaller than a tolerance threshold ST, by which the degree of a fault is determined, which has no significant influence on the function of the internal combustion engine 112 or on the electrical system, which feeds the electric machine 114 as a generator.
  • the amplitude of the excitation current IE IT is also greater than a lower threshold value Si, which defines a detection threshold.
  • the upper threshold value S2 is greater than Si and smaller than ST in magnitude and indicates the amplitude of the excitation current IE IT , which should preferably be used for modulation. Basically, it is understood that the waveform of the modulation or its frequency is almost arbitrary selectable. However, it is advisable to select the control frequency of the controller 120, with which the excitation current IE IT is regulated (typically approximately 400 Hz).
  • the freewheeling PhiFL the electric machine 114 by the gradient of the speed drop in a falling edge 124 of the rotational speed 122a, 122b and / or by the characteristic signature, in particular their frequency and / or amplitude of the deceleration torque the electrical machine 114 influencing clocked manipulated variable, can be determined. It is also understood that the embodiments described above for determining freewheeling phases of the electric machine 114 can be used both alternatively and cumulatively. A cumulative use would also have the advantage that the freewheeling phases can be detected redundantly and therefore particularly secure.
  • FIG. 5 shows speed profiles which are similar to the rotational speed curves from FIG.
  • the dashed line also shows the total torques MGi and MG2 applied to the electric machine 114, wherein it can be seen that when the electric machine 114 is decoupled from the internal combustion engine 112 in the freewheeling phases PhiFL, this drops to the respective level of the deceleration torques Mi or M2 and the re-engagement of the internal combustion engine 112 increases accordingly leaps and bounds.
  • the torque applied in the freewheeling phases PIIFL corresponds exactly to the decelerating torque M, while in the drive phase PhiAn the deceleration torque of the generator remains the same but is counter-compensated by a high counter-torque on the shaft.
  • phase signal 121 of the electric machine 114 is shown, with which the respective rotational speed signals are sampled.
  • more torque is applied than is currently required.
  • This excess torque is cached in the form of a speed increase in the angular momentum. Since this applied torque can not be meaningfully recognized with the available measuring means, the measurement of the deceleration torque M of the electric machine 114 is meaningfully possible only in the freewheeling phases PIIFL.
  • Free running phases PIIFL can be recognized as described above.
  • the present data is based on the typical time ratios for a four-cylinder engine having a transmission ratio between the electric machine and the engine of FIG. 3 on the belt drive 116 and a pole pair number of 8 on the electric machine 114.
  • a rigid coupling no active freewheel
  • the number of voltage pulses 121 a for example, between two minima of the speed curve, set. If the number of phase voltage pulses with respect to the number of phase voltage pulses for a rigid Coupling between the electric machine 114 and the internal combustion engine 112 would be expected deviates, in particular increases, can also be concluded that there is a free-running phase PhiFi. This can also be used as a redundant data source to determine the freewheeling phases (see description of Figures 3 or 4).
  • the number of expected voltage pulses can be stored accordingly, for example in a memory.
  • the number of expected voltage pulses 121a is twelve, since the number of pulses with a transmission ratio of 3 and a pole pair number of 8 and a cylinder number of 4 was determined.
  • this is an arbitrary number, which is essentially dependent on the transmission ratio Ü B, the pole pair number and the number of cylinders of the internal combustion engine 112.
  • the derivation for this is in particular the description of Figure 2c) refer.
  • the numerical values given serve to serve the qualitative description of the invention and that there is no compelling restriction to these numerical values.
  • the efficiency ⁇ of the electric machine 114 can be determined in a very simple manner by recognizing a freewheeling phase PhiFi, as described above in FIGS. 3 and 4.
  • the electric power P e i is by means of the excitation current IE IT of the rotational speed 122 (nGen) of the electric machine 114 and the generator voltage UGen z. B. determinable from a map or by a model.
  • the rotational speed 122 of the electric machine 114 and the rotational speed (nGen) can be used analogously on the basis of the above description.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Freilaufphasen (PhiFi) einer mit einem Freilauf (11) an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrisehen Maschine (114), die die Schritte Erfassen eines zeitlichen Verlaufs eines Phasensignal (121) der elektrischen Maschine (114), Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs einer Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) aus dem Phasensignal (121) und Ermitteln zumindest einer Freilaufphase (PhiFi) durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (1 14) zumindest im Zeitbereich einer abfallenden Flanke (124) einer oszillierenden Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine (114) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Recheneinheit (118), die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein entsprechendes Computerprogramm.

Description

Beschreibung Titel
Ermitteln eines Betriebszustands einer an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Freilaufphasen einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine, sowie eine Recheneinheit, vorzugsweise einem Regler für eine elektrische Maschine, und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Zur Regelung der Bordnetzspannung in Fahrzeugen, können elektrische Maschinen, insbesondere fremderregte elektrische Maschinen, verwendet werden. Diese weisen einen Regler auf, der in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung den Erregerstrom der elektrischen Maschine regelt. Die elektrische Maschine ist mit einem Koppelelement, typischerweise mit einem Riementrieb, an die Brennkraftmaschine angekoppelt, wobei das Koppelelement sowohl von der Brennkraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine - abhängig vom jeweili- gen Betriebszustand - mit unterschiedlichen Drehmomenten beaufschlagt wird.
Zur Schonung des Riemens weist die elektrische Maschine typischerweise ein Freilaufelement auf, um die durch die Drehmomentbeaufschlagung der elektrischen Maschine bzw. der Brennkraftmaschine bewirkte Abreibung des Riementriebs zu reduzieren.
Die elektrische Maschine kann somit Freilaufphasen aufweisen, bei denen das Freilaufelement aktiv und somit die elektrische Maschine von der Brennkraftmaschine entkoppelt ist. Das Freilaufelement ist insbesondere dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine größer ist als die der Brennkraftmaschine. Eine genaue Kenntnis der Freilaufphasen ist von vielfältigem Interesse und eine Ermittlung dieser Freilaufphasen ist oft nur sehr ungenau und zudem mit erheblichem Aufwand verbunden.
Ist nachfolgend allgemein von einer elektrischen Maschine die Rede, kann es sich hierbei auch um eine generatorisch und/oder motorisch betreibbare elektrische Maschine handeln, beispielsweise um einen sogenannten Startergenerator.
Es wäre daher vorteilhaft, die Freilaufphasen der elektrischen Maschine auf einfachem Wege und mit größerer Genauigkeit ermitteln zu können.
Offenbarung der Erfindung
Es werden ein Verfahren zum Ermitteln eines Freilaufphasen aufweisenden Betriebszustands einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren dient zur Ermittlung von Freilaufphasen einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine. Die ermittelten Freilaufphasen können insbesondere zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine herangezogen werden. Es versteht sich jedoch, dass auch Be- triebszustände der elektrischen Maschine mittels des Verfahrens ermittelt werden können, bei denen gerade keine Freilaufphasen vorliegen.
Die elektrische Maschine kann durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei die elektrische Maschine mit der Brennkraftmaschine über einen Freilauf und einen daran angreifenden Riementrieb miteinander gekoppelt sind. Durch die Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine kann, je nach Betriebszustand der elektrischen Maschine, von der Brennkraftmaschine Drehmoment auf die elektrische Maschine übertragen werden. Seitens der elektrischen Maschine steht dem Drehmoment der Brennkraftmaschine ein Verzögerungsmoment entgegen, das insbesondere im Leerlaufzustand überwunden werden sollte, um den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht zu beinträchtigen.
Eine möglichst genaue Kenntnis des durch eine elektrische Maschine aufgenommenen Drehmoments, ist daher grundsätzlich von allgemeinem Interesse, insbesondere um eine Steuerung einer die elektrische Maschine antreibende Brennkraftmaschine entsprechend zu regeln. Die Kenntnis dieser Drehmomentaufnahme der elektrischen Maschine, ist jedoch auch von speziellem Interesse, insbesondre dann, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem regelungstechnisch gesehen kritischen Betriebszustand, wie zum Beispiel dem Leerlaufzustand befindet. Im Leerlaufzustand kann das durch die elektrische Maschine aufgenommene Drehmoment in Spitzen sehr hohe Werte annehmen, wobei die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine, bzw. das hiermit verbundene Drehmoment eher gering bzw. schwankend ist, was erhebliche Drehzahlinstabilitäten der Brennkraftmaschine zur Folge haben kann. Im Extremfall kann dies sogar dazu führen, dass der Generator mit seinem Drehmoment die Verbrennungsmaschine .abwürgt', also die Drehung der Brennkraftmaschine zum Erliegen bringt. Dies hängt damit zusammen, dass der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nur pulsartig abgibt, also jeweils in den Arbeitstakten. In den Zwischenphasen kann der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nicht steuern.
Es wurde erkannt, dass zur exakten Ermittlung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine es jedoch erforderlich ist, den Drehmomentbeitrag der Brennkraftmaschine entsprechend zu separieren. Dies ist insbesondere in den Freilaufphasen, in denen der Freilauf aktiv ist, gegeben. Der Freilauf ist dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine, unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses zwischen elektrischer Maschine und Brennkraftmaschine, die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine übersteigt.
Um die Freilaufphasen des Freilaufs zu ermitteln, wird ein zeitlicher Verlauf eines Phasensignals der elektrischen Maschine erfasst und auf Basis des Phasensignals ein zeitlicher Verlauf einer Drehzahl der elektrischen Maschine ermittelt. Das Phasensignal der elektrischen Maschine umfasst hierbei insbesondere zumindest eine der Phasenspannungen und/oder zumindest einen der Phasenströme der elektrischen Maschine. Die Heranziehung des Phasensignals zur Ermittlung der Drehzahl ist vorteilhaft, da die Drehzahl direkt aus bereits in der elektrischen Maschine zur Verfügung stehenden Messgrößen ermittelt werden kann, ohne dass hierzu ein weiterer Sensor, beispielsweise ein Drehzahlsensor, benötigt wird, der die Drehzahl der elektrischen Maschine bestimmt.
Im Anschluss wird zumindest eine Freilaufphase durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine, zumindest im Zeitbereich einer abfallenden Flanke einer oszillierenden Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine, ermittelt.
Die Brennkraftmaschine gibt ihr jeweiliges Drehmoment, bedingt durch die Arbeitstakte der einzelnen Zylinder, impulsartig an die Kurbelwelle ab. Die Frequenz der Drehmomentabgabe wird im Wesentlichen durch die aktuelle Drehzahl und die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, bestimmt. Durch die Kopplung der elektrischen Maschine mittels eines Riementriebs und eines Freilaufs an die Welle der Brennkraftmaschine, wird die Frequenz der impulsartigen Drehmomentabgabe in die elektrische Maschine derart eingekoppelt, dass sich diese als dem mittleren Drehzahlsignal überlagerten Oszillationen widerspiegeln. Diese Oszillationen werden bei aktivem Freilauf entsprechend durch das Einsetzen des Freilaufs unterbrochen. Dies ist insbesondere in Zeitbereichen, bei denen der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine Drehzahlflanken mit fallender Steigung aufweist, gegeben. Durch eine Auswertung der zeitlichen Änderung der Drehzahl im Zeitbereich der abfallenden Flanken der Drehzahl lassen sich somit die Freilaufphasen sicher und besonders einfach erkennen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl der elektrischen Maschine eine das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgröße derart verändert wird, um den Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine zu variieren, wobei dann auf eine Freilaufphase geschlossen wird, wenn eine abfallende Flanke einer oszillierenden Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine von der das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße abhängig ist. Auf die zuvor beschriebene Art und Weise kann das Vorliegen einer Freilaufphase auf besonders einfache Art und Weise erkannt werden, da die Drehzahl der elektrische Maschine in einem von der Brennkraftmaschine entkoppelt Betriebszustand (Freilaufzustand) besonders sensitiv auf Änderungen des Verzögerungsmoments reagiert. Die Amplitude der das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße ist jedoch so zu wählen, dass der Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine, insbesondere im Freilaufzustand, nicht nennenswert gestört wird. Die hieraus resultierende Drehzahländerung ist in einer Freilaufphase der elektrischen Maschine besonders gut ermittelbar.
Es ist weiter bevorzugt, dass die Veränderung der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße, insbesondere eines Erregerstroms, getaktet erfolgt. Die getaktete Beeinflussung des Erregerstroms, als eine das Verzögerung Moment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße ist vorliegend besonders bevorzugt, da eine derartige Veränderung besonders einfach umsetzbar ist. Eine getaktet Beaufschlagung der elektrischen Maschine mit einer Änderung des Erregerstroms ist besonders vorteilhaft, da hierdurch der Drehzahl der elektrischen Maschine ein "Störsignal" eindeutiger und charakteris- tischer Signatur überlagert werden kann, wodurch anhand der Signatur die Freilaufzustände der elektrischen Maschine besonders einfach ermittelbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Taktfrequenz größer, vorzugsweise mindestens um den Faktor zwei, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor vier größer als eine Frequenz der oszillierenden Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine bzw. der in die elektrische Maschine eingekoppelte Drehzahlschwankung. Durch die Wahl des Abtastsignals als Vielfaches des abzutastenden Signals ist sichergestellt, dass eine ausreichend gute Auflösung der zeitlichen Lage der Freilaufzustände bzw. Freilaufphasen gegeben ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die betragsmäßige Variation der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße in einem Wertebereich mit einem unteren Schwellwert und einem oberen Schwellwert geregelt, wobei der untere Schwellwert durch eine Detektionsschwelle der durch die Variation bewirkten Drehzahlschwankungen der elektrischen Maschine gegeben ist und der obere Schwellwert derart bestimmt ist, dass die hierdurch verursachte Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine unterhalb einer Toleranzschwelle liegt.
Die Detektionsschwelle ist vorliegend die Schwelle, bei der die Amplitude bzw. der Betrag der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße so groß ist, dass diese Störung, unter normalen Umständen, im Drehzahlsignal detektierbar ist. Die Toleranzschwelle wird vorliegend derart festgelegt, dass die Amplitude bzw. der Betrag der das Verzögerung Moment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße höchstens so groß ist, dass die Brennkraftmaschine und oder das Bordnetz, insbesondere die Spannung des Bordnetzes, nicht nennenswert gestört werden. Durch die zuvor beschriebene Maßnahme kann eine sinnvolle betragsmäßige Größe der das Verzögerung Moment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße gewählt werden, die auf der einen Seite gut detektierbar und auf der anderen Seite einen möglichst geringen Einfluss auf die Brennkraftmaschine und auf das Bordnetz hat. Dies zuvor beschriebene Kriterium ist insbesondere dann erfüllt, wenn die Änderung der Drehzahl, die durch eine Änderung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine bewirkt wird, im Vergleich zu den Drehzahlschwankungen, die durch die Brennkraftmaschine vermittelt werden, sehr klein ist, vorzugsweise mindestens um den Faktor zwei, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor vier kleiner ist. Die maßgebliche Messgröße für die zuvor beschriebene Änderung der Drehzahl ist die Amplitude bzw. deren Betrag.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Freilaufphase der elektrischen Maschine durch Erfassen eines Zeitintervalls der Drehzahl aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl und Erfassen eines für den Freilaufzustand charakteristischen Verlaufs der Drehzahl der elektrischen Maschine ermittelt, wobei das Zeitintervall ein Drehzahlmaximum, ein Drehzahlminimum und eine zwischen Drehzahlmaximum und Drehzahlminimum angeordnete abfallende Flanke der Drehzahl aufweist.
Eine Freilaufphase kann anhand des Gradienten der abfallenden Flanke der Drehzahl (zeitliche Änderung bzw. Steigung) der elektrischen Maschine ermittelt werden. Dieser Gradient hängt maßgeblich vom Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine ab. Bei Kenntnis des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine kann direkt auf den Gradienten der Drehzahl der elektrischen Maschine in einem ungestörten, von der Brennkraftmaschine entkoppelten Zustand, geschlossen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Zeitintervall derart gewählt, dass dieses zusätzlich noch eine aufsteigende Flanke der Drehzahl aufweist, wobei die Freilaufphase durch Vergleich der aufsteigenden Flanke der Drehzahl und der absteigenden Flanke der Drehzahl ermittelt wird. Bei der aufsteigenden Flanke ist die elektrische Maschine in der Regel mit der Brennkraftmaschine zwangsgekoppelt. Mit der Zwangskopplung assoziiert ist somit eine festgelegte Steigung bzw. ein festgelegter Gradient der Drehzahl der elektrischen Maschine. Dieser Gradient bei einer aufsteigenden Flanke der Drehzahl entspricht in etwa dem betragsmäßig gleichen Gradienten, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, im Bereich der abfallenden Flanke der Drehzahl, sofern die elektrische Maschine auch im Bereich der abfallenden Flanke mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Ist dies nicht der Fall, ergibt sich bei der Steigung bzw. dem Gradienten der aufsteigenden und abfallenden Flanke der Drehzahl ein signifikanter Unterschied, wodurch ebenfalls auf das Vorliegen eines Freilaufzustands geschlossen werden kann.
Somit kann bei Erkennen einer Freilaufphase deren zeitliche Dauer durch Analyse der Drehzahl, insbesondere der Analyse der abfallenden Bereiche der Drehzahl, ermittelt werden. Die Freilaufphasen treten in Zeitbereichen der Drehzahl auf, bei denen der Gradient der Drehzahl eine negative Steigung aufweist. Durch zeitliche Lokalisierung dieser Drehzahlbereiche„negativer" Steigung bzw. abfallender Drehzahlflanken, kann die exakte zeitliche Position und/oder die Dauer der Freilaufphasen noch genauer ermittelt werden. Gleichermaßen können die Antriebsphasen, in denen die elektrische Maschine durch die Brennkraftmaschine getrieben wird, in den Zeitbereichen mit ansteigenden Drehzahlflanken zeitlich lokalisiert werden.
Es versteht sich, dass die Ermittlung des Freilaufzustands bzw. der Freilaufphase basierend auf der Analyse des charakteristischen Verlaufs der abfallenden Flanke, durch den Vergleich von aufsteigender und abfallender Flanke sowie durch die Beeinflussung der abfallenden Flanke der Drehzahl mit einer das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße alternativ oder kumulativ verwendbar sind und jeweilige Verwendungsformen entsprechende Vorteile bieten. Bei einer Kombination der zuvor beschriebenen Maßnahmen, können diese in beliebiger Form miteinander kombiniert werden, wodurch sich entsprechende Vorteile im Hinblick auf eine besonders einfache Umsetzbar- keit bzw. einem Abgleich und einer Bestimmung einer Freilaufphase auf unterschiedlicher Datengrundlage (Redundanz), ergeben.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung manifestiert sich in einer Recheneinheit, insbesondere eines Reglers für eine elektrische Maschine, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß der vorstehenden Ausführungen auszuführen.
Zudem ergeben sich weitere Vorteile in der Verwendung eines Computerprogramms, das die Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ausführungen durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur la zeigt eine über einen Freilauf an eine Brennkraftmaschine
gekoppelte elektrische Maschine, in schematischer Darstellung; zeigt einen exemplarischen Verlauf der elektrischen Leistung, der mechanischen Leistung sowie des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Drehzahl;
Figur lc zeigt eine schematische Darstellung der Ermittlung des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik; Figur 2a zeigt eine weitere mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine in einer schematischen
Darstellung;
Figur 2b zeigt eine schematische Darstellung eines
Verfahrens zum Ermitteln des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine unter Einbeziehung von Freilaufphasen; Figur 2c zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Phasenspannung sowie die hieraus abgeleitete Drehzahl;
Figur 3a zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer elektrischen
Maschine sowie den zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine ohne Last der elektrischen Maschine;
Figur 3b zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer elektrischen
Maschine unter Last und den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer Brennkraftmaschine;
Figur 4a zeigt eine prinzipielle Darstellung der Drehzahlverläufe einer elektrischen Maschine mit unterschiedlicher Lastbeaufschlagung;
Figur 4b zeigt eine prinzipielle Darstellung der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße; und
Figur 5 zeigt eine zeitliche Gegenüberstellung unterschiedlicher an einer elektrischen Maschine anliegenden Drehmomente bei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine.
In Figur la ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes System aus einem Kraftfahrzeugbordnetz 10 und einer mittels eines Freilaufs 11 an eine Brennkraftmaschine 12 gekoppelten elektrischen Maschine 14 gezeigt, wobei die elektrische Maschine 14 das Kraftfahrzeugbordnetz 10 mit Energie speist. Die elektri- sehe Maschine 14 wird mittels eines Kopplungselements 16 - typischerweise ein Riementrieb - angetrieben, wobei das Kopplungselement 16 auf Seiten der Brennkraftmaschine 12 an einer Kurbelwelle 17 und auf Seiten der elektrischen Maschine 14 an einer mit dem Freilauf 11 versehenen Rolle festgelegt ist. Zur Regelung der Spannung im Bordnetz 10 ist eine Recheneinheit 18 in Form eines Reglers 20 vorgesehen, der in Abhängigkeit von der Spannung des Bordnetzes 10 den Erregerstrom I EIT der elektrischen Maschine 14 entsprechend einregelt.
Durch eine Veränderung des Erregerstroms I EIT verändert sich die Last der elektrischen Maschine 14 und damit deren Verzögerungsmoment, das durch ein entsprechendes Drehmoment der Brennkraftmaschine 12 zu überwinden ist, um einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine 12 zu gewährleisten. Dies kann jedoch insbesondere bei Betriebszuständen, in denen sich die Brennkraftmaschine in einem Zustand befindet, der sensibel auf Störungen reagiert - wie zum Beispiel dem Leerlaufzustand - nachteilige Folgen haben, da hierdurch bei kurzzeitigen Veränderungen des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 14 ein enormer Regelbedarf der Brennkraftmaschine 12 durch ein Motorsteuergerät 22 entsteht.
Dies ist beispielsweise in Figur lb abgebildet. Hier ist die elektrische Leistung der elektrischen Maschine (gestrichelt), die mechanische Leistung der elektrischen Maschine (gepunktet) und die Drehmomentaufnahme (durchgezogene Linie) der elektrischen Maschine exemplarisch gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass die Drehmomentaufnahme der elektrischen Maschine 14 gerade im Drehzahlbereich um den Leerlaufbetrieb ca. 800 U/min ein lokales Maximum aufweist, was gerade den Bereich um den Leerlaufbetrieb für die Brennkraftmaschine 12 besonders regelintensiv macht. Es kann vorkommen, dass das Motorsteuergerät 22 nicht mehr in der Lage ist, die Brennkraftmaschine 12 entsprechend einzuregeln, weshalb durch eine sprunghafte Vergrößerung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 14 die Brennkraftmaschine abgewürgt werden kann.
Um dies zu verhindern und die Brennkraftmaschine 12 mittels des Motorsteuergeräts 22 entsprechend regeln zu können, wird im Stand der Technik das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 14 auf Grundlage des Erregerstroms lErr Und der Drehzahl der elektrischen Maschine geschätzt. Dies ist jedoch sehr ungenau, da alle Verlustleistungskomponenten der elektrischen Maschine, beispielsweise betreffend den Ständer Pst, die Eisenverluste PE, die Rotorverluste PRO, die Lüfterverluste Pvent, und die Lagerverluste Pi_a lediglich geschätzt werden können (vergleiche Figur lc). All diese Zustandsgrößen müssen für eine Abschätzung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine für die jeweiligen Betriebszustände in einem Kennfeld hinterlegt werden, was ein solches Verfahren sehr aufwendig macht. Aufgrund der Schätzung einer Vielzahl der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 14 beeinflussenden Faktoren ist dieses Verfahren zudem für viele Anwendungen nicht ausreichend genau.
In Figur 2 wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments M einer elektrischen Maschine 114 anhand der in Figur 2a dargestellten, mit einem Freilaufelement 111 an eine Brennkraftmaschine 112 gekoppelten elektrischen Maschine 114 gezeigt, die mittels eines Kopplungselements 116 von der Brennkraftmaschine 112 angetrieben wird. Die Kombination aus elektrischer Maschine 114 und Brennkraftmaschine 112, wie sie in Figur 2 abgebildet ist, ist in weiten Teilen dem in Figur 1 gezeigten Aufbau ähnlich, weshalb teilweise für gleiche bzw. vergleichbare Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet wurden und die Funktion und Lage der einzelnen Elemente entsprechend identisch ist.
Das Kopplungselement 116 ist motorseitig mit der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 wirkverbunden. Die Brennkraftmaschine 112 gibt bedingt durch die Arbeitstakte der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 112 das Drehmoment impulsartig an die Kurbelwelle 117 ab. Mit der impulsartigen Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112 geht ein Abrieb des Kopplungselements 116 einher, der durch das an der elektrischen Maschine 114 vorgesehene Freilaufelement 111 gelindert wird.
Um das Verzögerungsmoments M einer elektrischen Maschine 114 gestützt auf physikalische Zustandsgrößen ermitteln zu können, ist es notwendig, dass die elektrische Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Freilaufelement 111 aktiv ist. Die genaue Kenntnis der Freilaufphasen PhiFi ist somit von entscheidender Bedeutung für die Ermittlung des Verzögerungsmoments M. Die erfindungsgemäße Ermittlung der besagten Freilaufphasen ist in den Figuren 3 bis 5 näher beschrieben. Unabhängig von einer Ermittlung eines Verzögerungsmoments M der elektrischen Maschine 114 ist die genaue Kenntnis von Freilaufphasen PhiFi für viele weitere Anwendungen, wie zum Beispiel der Ermittlung der durch die Brennkraftmaschine 112 auf die elektrische Maschine 114 übertragene Leistung, erforderlich.
Die elektrische Maschine 114 weist zudem noch eine Recheneinheit 118, vorzugsweise einen Regler 120, auf, der durch Vorgabe eines Erregerstroms Ι ΕΓΓ die an das Kraftfahrzeugbordnetz 100 eingespeiste Energie regelt. Zum Erfassen und Übertragen von Daten mit einer Motorsteuereinheit 122 kann zudem eine Kommunikationsverbindung 24 vorgesehen sein (gestrichelt dargestellt). Der Regler 120 kann zudem dazu vorgesehen sein, das-nachfolgend beschriebene Verfahren zum Ermitteln der Freilaufphasen PhiFi der elektrischen Maschine bzw. des Verzögerungsmomentes M der elektrischen Maschine 114 durchzuführen. Das Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 wird auf Basis physikalischer Zustandsgrößen, wie nachfolgend beschrieben, ermittelt.
Die inhärente Massenträgheit eines Körpers, vorliegend des Läufers der elektrischen Maschine 114, wird beschrieben über den Drehimpuls der rotierenden Massen L= ωχ J, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Läufers und J dessen Trägheitsmoment ist. Das Trägheitsmoment ist im Wesentlichen abhängig von der Masse und der Geometrie des Läufers. Diese Größen sind grundsätzlich für jeden Läufer, der in eine elektrische Maschine eingebaut wird, ohne weiteres ermittelbar. Das Trägheitsmoment des Läufers verändert sich in erster Näherung während eines Betriebs der elektrischen Maschine nicht wesentlich und kann somit als konstante Größe beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt werden. Das Drehmoment ist allgemein definiert als zeitliche Ableitung des Drehimpulses.
Die Zustandsgieichung aller im System der Brennkraftmaschine 112 und elektrischen Maschine 114 vorhandenen Drehmomente ergibt sich durch die Summe aller anliegenden Drehmomente, wobei diese durch gegeben ist. Das Drehmoment des Antriebs MBI<M, also der Teil des Drehmoments der Brennkraftmaschine 112, der über den Riemen an die elektrische Maschine übermittelt wird, ist nicht ohne Weiteres ermittelbar. Hier macht man sich zunutze, dass auf- grund der impulsartigen Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112 eine
Welligkeit der Drehzahl entsteht, bei der die elektrische Maschine 114 mehr oder weniger regelmäßig angeordnete Freilaufphasen Phfi aufweist, die von Antriebsphasen Phant der Brennkraftmaschine unterbrochen werden (vgl. Figur 3). Während diesen Freilaufphasen Phfi ist die elektrische Maschine 114 von der Brenn- kraftmaschine 112 entkoppelt und die Drehmomentgleichung vereinfacht sich entsprechend:
ΜΘΘΠ + d/dt ωχ J = 0 , beziehungsweise MGen = -d/dt QXJ . Damit kann durch Ermittlung des Drehzahlverlaufs im Zeitbereich einer Freilaufphase PhiFi der elektrischen Maschine 114 direkt das anliegende Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden, das summarisch über magnetische Kräfte, Reibungsverluste, aerodynamische Verluste, usw. be- einflusst wird.
Da die elektrische Maschine 114 mittels des Reglers 120 die jeweilige Momentandrehzahl über das an der elektrischen Maschine 114 anliegende Phasensignal 121, insbesondere in Form einer Phasenspannung 121a bzw. eines Phasenstroms ermitteln kann, ist die elektrische Maschine 114 bzw. der Regler 120 dazu eingerichtet, die Zeitperioden des Freilaufs entsprechend des nachfolgend beschriebenen Verfahrens zu erkennen und aus dem jeweiligen Drehmomentverlauf im Zustand Freilauf Phfi das jeweilige Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. In einem ersten Verfahrensschritt zum Ermitteln eines Freilaufphasen aufweisenden Betriebszustand einer mit einem Freilauf 111 an eine Brennkraftmaschine 112 gekoppelten elektrischen Maschine 114 wird die Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 mittels des Phasensignals 121 der elektrischen Maschine 114 ermittelt. Dies ist schematisch in Figur 2c dargestellt. Grundsätzlich versteht sich jedoch, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 alternativ und/oder kumulativ auch auf anderem Wege, beispielsweise anhand eines Drehzahlsensors ermittelt werden kann.
Die Ermittlung des Drehzahlsignals 122 aus einem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 ist in Figur 2c näher beschrieben. Bei dem Phasensignal 121 handelt es sich vorliegend um eine der Phasenspannungen 121a der elektrischen Maschine 114. Es versteht sich, dass hierzu grundsätzlich jede beliebige Phasenspannung einer oder mehrerer Phasen der elektrischen Maschine 114, aber auch die jeweiligen Phasenströme verwendbar sind, um hieraus das Drehzahlsignal 122 der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. Bei Verwendung von mehr als einer Phasenspannung kann eine entsprechend höhere zeitliche Auflösung des Drehzahlsignals 122 erreicht werden (nicht dargestellt).
Die Phasenspannung 121a verläuft bei einem Generator mit Stromabgabe in erster Näherung rechteckförmig. An diesem Signal der Phasenspannung 121a kann eine mittlere Phasenzeit bzw. Pulsbreite Tphase erfasst werden, wobei diese sich am besten an den steilen Flanken der Phasenspannung 121a ermitteln lässt. Die Generatordrehzahl ergibt sich demnach aus der Formel: wobei nGen die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in Umdrehungen pro Minute ist und PPZ die Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114.
Die Kurbelwellendrehzahl bei inaktivem Freilauf - elektrische Maschine 114 wir durch die Brennkraftmaschine 112 getrieben - ergibt sich aus der Formel: nKW = 60/(T * PPZ * Üb), wobei nkw die Kurbelwellendrehzahl in Umdrehungen pro Minute ist, Üb das Übertragungsverhältnis zwischen Kurbelwelle und Generatorwelle und PPZ die Polpaarzahl des Generators.
Die hierzu korrespondierenden Werte der Drehzahl 122 und einer mittleren Drehzahl 122m, die dem Mittelwert der Drehzahl 122 innerhalb eines Zeitintervalls ent- spricht, sind in Figur 2c ebenfalls als Punkte bzw. als Linie dargestellt. Das Zeitintervall kann insbesondere derart gewählt werden, dass über mehrere Oszillationen gemittelt wird. Die Drehzahl kann vorzugsweise digital ermittelt werden. Mittels einer Messung der zeitlichen Abstände Tphase der Amplituden in dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114, kann, wie bereits beschrieben, die Momentandrehzahl ηκνν ermittelt werden. Sofern Parameter wie Zylinderzahl, Übertragungsverhältnis und Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114 im erfassten Zeitraum bekannt sind, kann der Regler 118 eine feste Anzahl von Drehzahlwerten in einem Speicher, zum Beispiel in einem Schieberegister, (nicht dargestellt) einspeichern und zumindest innerhalb eines Schwingungszyklusses jeweils eine maximale und eine minimale Momentandrehzahl ermitteln. Bei den maximalen und minimalen Momentandrehzahlen handelt es sich vorzugsweise um die Peakdrehzahlen im jeweils er- fassten Zeitbereich. Die Differenz zwischen diesen Drehzahlen ist ein Maß für das durch die Brennkraftmaschine 112 abgegebene Drehmoment. Zur genauen Ermittlung von Tphase ist es vorteilhaft, eine hohe zeitliche Auflösung um den Mittelwert von Tphase zu gewährleisten. Hierbei kann für eine bessere Auflösung die Drehzahl auf Basis der ansteigenden 126 und abfallenden Flanken 124 (vgl. Figur 3) der Phasenspannung 121a ermittelt werden. Im Speicher können grundsätzlich beliebig viele Drehzahlwerte erfasst werden, wobei jedoch etwa ein ganzer Zyklus einer Schwingung für eine Auswertung erfasst werden sollte.
Um darzustellen, dass die Abtastrate des Generators ausreichend ist, um die Drehzahl 122 und insbesondere die der Drehzahl überlagerten Oszillationen entsprechend aufzulösen, sollen nachfolgend die Verhältnisse der entsprechenden Frequenzen betrachtet und mit dem Nyquist-Kriterium abgeglichen werden. Das Nyquist-Kriterium fordert, dass fe/fmoment >= 2. Bezogen auf die Motordrehzahl ergibt sich die Generatorfrequenz bei inaktivem Freilauf, d.h. starrer Kopplung der elektrischen Maschine mit der Brennkraftmaschine, bzw. die Frequenz der elektrischen Maschine mit wobei ηκνν die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. In Kombination mit der Gleich Ung für fmoment _ ηκνν/60 * Zylinderzahl/2 ergibt sich fe/f moment- 2 * Ub * PPZ / Zylinderzahl.
Damit ergibt sich beispielsweise für Üb = 3, PPZ = 6, Zylinderzahl = 4, dass der Quotient fe/fmoment = 9 ist. Selbst bei sehr großen hochzylindrigen Motoren, bei¬ spielsweise eines 12-Zylinder-Motors, beträgt das Verhältnis fe/fmoment = 3, wobei auch hier das Nyquist-Abtastkriterium stets erfüllt ist.
In Figur 3 ist der Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine 112 (gestrichelte Linie) und der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine 114 (durchgezogene Linie) mit zwei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine 114, im ersten Fall ohne eine an der elektrischen Maschine 114 anliegenden Last (Figur 3a) und mit einer an der elektrischen Maschine 114 anliegenden Last (Figur 3b), dargestellt. Die unterschiedlichen Lasten an der elektrischen Maschine 114 gehen zwangsläufig mit unterschiedlichen Verzögerungsmomenten M der elektrischen Maschine 114 einher. Dies ist daran zu erkennen, dass im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 der Gradient der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine 114 ohne Last (vgl. Figur 3a) deutlich geringer ist, als der Gradient der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit Last (vgl. Figur 3b).
Bei einer ansteigenden Flanke 126 der Drehzahl 122 ist ein vergleichbares Verhalten nicht zu beobachten. Die Last und damit das Verzögerungsmoment MGen der elektrischen Maschine 114 kann demnach durch eine das Verzögerungsmoment MGen beeinflussende Stellgröße geregelt werden. Eine derartige Stellgröße ist beispielsweise der Erregerstrom Ι ΕΠ-.
Das lastsensitive Verhalten des Drehzahlgradienten 122a, 122b im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 ist insbesondere in einer Freilaufphase Phfi signifikant, da in diesem Fall die elektrische Maschine von den bewegten Massen der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt ist .
Eine Änderung des Verzögerungsmoments MGen der elektrischen Maschine 114 hat zudem keinen nennenswerten Einfluss auf die ansteigende Flanke 126 der Drehzahl 122, da die elektrische Maschine 114 bei einer ansteigenden Flanke 124 der Drehzahl 126 durch die Brennkraftmaschine 112 getrieben und somit mit dieser zwangsgekoppelt ist. Selbst wenn die Lastbeaufschlagung der elektrischen Maschine 114 eine Änderung des Gradienten im Zeitbereich der anstei- genden Flanke 126 der Drehzahl 122 verursachen sollte, wäre dieser im Vergleich zur Änderung des Gradienten im Zeitbereich der abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 (Freilaufphase Phfi) stets deutlich geringer ausgeprägt und daher gut unterscheidbar. Somit kann das lastsensitive Verhalten der elektrischen Maschine 114 im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 dazu verwendet werden, um eine Freilaufphase Phfi zu erkennen.
Die Freilaufphase Phfi der elektrischen Maschine 114 bzw. ein Freilaufphasen Phfi aufweisender Betriebszustand der elektrischen Maschine 114 können entweder wie zuvor bereits beschrieben, über eine Veränderung einer das Verzöge- rungsmoment ΜΘΘΠ beeinflussenden Stellgröße, aber auch anderweitig ermittelt werden.
Eine weitere Möglichkeit bietet hier beispielsweise eine Bestimmung der Freilaufphasen aus Erfahrungswerten, bei der ermittelt wird, ob - zum Beispiel im Leer- lauf der Brennkraftmaschine 112 - der Freilauf 111 der elektrischen Maschine
114 aktiv ist. Dies kann anhand von Vergleichswerten der Steigung (Gradienten) im Zeitbereich der abfallenden Flanken 124 der Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 geschehen. Diese Gradienten können für unterschiedliche Lasten der elektrischen Maschine 112 entsprechend hinterlegt werden. Die Gradienten bzw. der Verlauf der Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 kann darüber hinaus noch dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 im selben Zeitbereich gegenübergestellt werden. Diese Informationen können beispielsweise im Motorsteuergerät 122 hinterlegt werden und über die Kommunikationsschnittstelle 124 an den Regler 120 übermittelt werden, welcher daraufhin eine Bestimmung der Freilaufphasen PIIFL durch Vergleich der hinterlegten Werte des Drehzahlverlaufs mit den Ist-Werten des Drehzahlverlaufs veranlassen kann. Darüber hinaus ist auch ein direktes hinterlegen der Werte im Regler 120 möglich, was den Vorteil hat, dass keine Übermittlung von Daten zur Erfassung der Freilaufphasen PIIFL über die Kommunikationsschnittstelle 124 erforderlich ist. Eine weitere Möglichkeit bietet der Vergleich der ansteigenden Flanken der Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 in der Antriebsphase PhiAnt und der abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 in der Freilaufphase PIIFL. Wie in den Figuren 3a und 3b deutlich zu erkennen ist, sind die ansteigenden Flanken 126 in der Antriebsphase PhiAnt und die abfallenden Flanken 124 in der Freilaufphase PIIFL der elektrischen Maschine 114 stets asymmetrisch zu den jeweiligen Maxima und Minima im zeitlichen Verlauf der Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114. Die Gradienten der abfallenden Flanken 124 und aufsteigenden Flanken 126 der Drehzahl 122 sind somit betragsmäßig unterschiedlich. Bei einer permanenten Zwangskopplung der elektrischen Maschine 114 an die Brennkraftmaschine 112, bei der im Zeitbereich der abfallenden Flanken 124 keine Freilaufphasen PIIFL auftreten, wären hingegen die abfallenden Flanken 124 der Drehzahl 122 stets symmetrisch zu den jeweils korrespondierenden aufsteigenden Flanken 126 der Drehzahl 122, d.h. die aufsteigenden Flanken 126 und die abfallenden Flanken 124 würden im Wesentlichen einen betragsmäßig gleichen Gradienten der Steigung jedoch mit unterschiedlichem Vorzeichen aufweisen. Anhand dieses charakteristischen und asymmetrischen Verlaufs der Drehzahl, kann der Freilaufzustand PIIFL beziehungsweise der Antriebszustand PhiAnt der elektrischen Maschine 114, sofern vorhanden, ermittelt werden. Auch das Vorliegen eines Betriebszustands ohne Freilaufphasen PhFi_ wäre gleichermaßen ermittelbar.
In Figur 4a ist der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis Üb (durchgezogene Linie) der Drehzahlverlauf 122a der elektrischen Maschine 114 bei einer ersten Last (gepunktete Linie) und der Drehzahlverlauf 122b der elektrischen Maschine 114 bei einer zweiten, im Vergleich zur ersten Last vergrößerten Last der elektrischen Maschine, dargestellt. Die Drehzahlverläufe 122a, 122b weisen im Zeitbereich der abfallenden Flanken 124 der Drehzahl 122a, 122b eine im Wesentlichen periodische Oszillation 126a, 126b mit geringer Amplitude auf. Die periodischen Oszillationen 126a, 126b werden durch eine das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 beeinflussenden getakteten Stellgröße bewirkt, wie zum Beispiel dem Erregerstrom Ι ΕΠ-. Der qualitative Verlauf des Erregerstrom I EIT , insbesondere im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122, ist für den Verlauf der Drehzahl 122a in Figur 4b qualitativ dargestellt. Die Amplitude des Erregerstrom I EIT ist kleiner als eine Toleranzschwelle ST, durch die das Maß einer Störung bestimmt wird, die keinen nennenswerten Einfluss auf die Funktion der Brennkraftmaschine 112 bzw. auf das elektrische Bordnetz hat, das die elektrische Maschine 114 als Generator speist. Die Amplitude des Erregerstrom I EIT ist ferner größer als ein unterer Schwellwert Si, der eine Detektionsschwelle festlegt. Der obere Schwellwert S2 ist betragsmäßig größer als Si und kleiner als ST und gibt die Amplitude des Erregerstroms I EIT an, die bevorzugt zur Modulation verwendet werden sollte. Grundsätzlich versteht sich, dass die Signalform der Modulation bzw. deren Frequenz nahezu beliebig wählbar ist. Es bietet sich jedoch an, die Regelfrequenz des Reglers 120, mit der der Erregerstrom I EIT geregelt wird (typischerweise ca. 400 Hz), gewählt wird.
Anhand der typischen Signatur, die eine Variation des Erregerstrom I EIT im Verlauf der Drehzahl 122 abbildet, kann auf die Existenz einer Freilaufphase PhiFi geschlossen werden. Diese typische Signatur wird, wie bereits in Figur 3 beschrieben, nur in den Zeitbereichen der abfallenden Flanken 124 der Drehzahl 122 auftreten, sofern die Amplitude der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 beeinflussenden Stellgröße entsprechend der zuvor beschriebenen Vorgaben gewählt ist.
An diesem weiteren Ausführungsbeispiel soll nochmals verdeutlicht werden, dass die Freilaufphasen PhiFL der elektrischen Maschine 114 durch den Gradienten des Drehzahlabfalls in einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122a, 122b und/oder durch die charakteristische Signatur, insbesondere deren Frequenz und/oder Amplitude einer das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 beeinflussenden getakteten Stellgröße, ermittelbar ist. Es versteht sich zudem, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Bestimmung von Freilaufphasen der elektrischen Maschine 114 sowohl alternativ als auch kumulativ verwendet werden können. Eine kumulative Verwendung hätte zudem den Vorteil, dass die Freilaufphasen redundant und somit besonders sicher erkannt werden können. In Figur 5 sind Drehzahlverläufe, die zu den Drehzahlverläufen aus Figur 4a ähnlich sind, mit der Drehzahl nBkm *ÜB der Brennkraftmaschine 112 und der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine 114 mit einer ersten Last und der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit einer zweiten Last gezeigt. Dem gegenüber gestellt, sind die entsprechenden durch die elektrische Maschine 114 bewirkten Verzögerungsmomente Mi und M2 (gepunktet dargestellt), wobei Mi der geringeren und M2 der höheren Last zugeordnet ist. Als gestrichelte Linie sind noch die an der elektrischen Maschine 114 anliegenden Gesamtdrehmomente MGi und MG2 dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass beim Entkoppeln der elektrischen Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 in den Freilaufphasen PhiFL diese auf das jeweilige Niveau der Verzögerungsmomente Mi bzw. M2 abfällt und beim Wiedereingriff der Brennkraftmaschine 112 entsprechend sprunghaft ansteigt. Somit entspricht das in den Freilaufphasen PIIFL anliegende Drehmoment genau dem Verzögerungsmoment M, während in den Antriebspha- sen PhiAn das Verzögerungsmoment des Generators zwar gleich bleibt aber durch ein hohes Gegenmoment an der Welle gegenkompensiert wird. Des Weiteren ist noch das Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 dargestellt, mit dem die jeweiligen Drehzahlsignale abgetastet werden. In den Antriebsphasen PhiAnt der elektrischen Maschine ist mehr Drehmoment anliegend als aktuell benötig wird. Dieses überschüssige Drehmoment wird in Form eines Drehzahlanstiegs im Drehimpuls zwischengespeichert. Da dieses anliegende Drehmoment mit den zur Verfügung stehenden Messmitteln nicht sinnvoll erkannt werden kann, ist die Messung des Verzögerungsmoments M der elektri- sehen Maschine 114 lediglich in den Freilaufphasen PIIFL sinnvoll möglich. Diese
Freilaufphasen PIIFL können, wie zuvor beschrieben, erkannt werden.
Die vorliegenden Daten basieren auf den typischen Zeitverhältnissen für einen Vier- Zylindermotor mit einem Übertragungsverhältnis zwischen elektrischer Ma- schine und Brennkraftmaschine von 3 am Riementrieb 116 und einer Polpaarzahl von 8 an der elektrischen Maschine 114. Bei einer starren Kopplung (kein aktiver Freilauf) zwischen der Brennkraftmaschine 112 und der elektrischen Maschine 114 ist die Anzahl der Spannungspulse 121a, beispielsweise zwischen zwei Minima des Drehzahlverlaufs, festgelegt. Sofern die Anzahl der Phasenspannungs- pulse gegenüber der Anzahl an Phasenspannungspulsen, die für eine starre Kopplung zwischen der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 zu erwarten wäre, abweicht, insbesondere sich vergrößert, kann zudem auf das Vorliegen einer Freilaufphase PhiFi geschlossen werden. Dies kann zudem als redundante Datenquelle zur Ermittlung der Freilaufphasen herangezogen werden (vgl. Beschreibung zu Figuren 3 oder 4).
Die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse kann entsprechend, beispielsweise in einem Speicher, hinterlegt werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse 121a zwölf, da die Anzahl der Pulse mit einem Übertragungsverhältnis von 3 und einer Polpaarzahl von 8 und einer Zylinderzahl von 4 ermittelt wurde. Dies ist jedoch eine willkürliche Anzahl, die im Wesentlichen vom Übertragungsverhältnis Ü B, der Polpaarzahl sowie der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine 112 abhängig ist. Die Herleitung hierzu ist insbesondere der Beschreibung zu Figur 2c) zu entnehmen. Grundsätzlich versteht sich, dass die angegebenen Zahlenwerte der qualitativen Beschreibung der Erfindung dienen und keine zwingende Einschränkung auf diese Zahlenwerte gegeben ist.
Des Weiteren kann durch das Erkennen einer Freilaufphase PhiFi, wie zuvor in Figur 3 und 4 beschrieben, nicht nur das Verzögerungsmoment ΜΘΘΠ der elektrischen Maschine 114 sondern ferner auch der Wirkungsgrad μ der elektrischen Maschine 114 auf sehr einfache Weise bestimmt werden. Der Wirkungsgrad ergibt sich als Quotient der elektrischen Leistung und der mechanischen Leistung, μ = Pe/Pmech. Die elektrische Leistung Pei ist mittels des Erregerstroms I EIT der Drehzahl 122 (nGen) der elektrischen Maschine 114 und der Generatorspannung UGen z. B. aus einem Kennfeld oder anhand eines Models bestimmbar. Die mechanische Leistung Pmech bestimmt sich aus dem Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine und der Drehzahl nGen mit Pmech =2*Pi*MGen * nGen. So¬ mit lässt sich auf sehr einfachem Wege der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine bestimmen. Die Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 und die Drehzahl (nGen), können auf Basis der vorstehenden Beschreibung analog verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Ermitteln von Freilaufphasen (PhiFi) einer mit einem Freilauf (11) an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114), aufweisend die Schritte:
a) Erfassen eines zeitlichen Verlaufs eines Phasensignal (121) der elektrischen Maschine (114),
b) Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs einer Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (1 14) aus dem Phasensignal (121 );
c) Ermitteln zumindest einer Freilaufphase (PhiFi) durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (1 14) zumindest im Zeitbereich einer abfallenden Flanke (124) einer oszillierenden Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine (114).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (1 14) eine das Verzögerungsmoment (Mcen) beeinflussende Stellgröße derart verändert wird, um die Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) zu variieren, wobei dann auf eine Freilaufphase (PhiFi) geschlossen wird, wenn eine abfallenden Flanke (124) der Drehzahl (122) einer oszillierenden Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine (114) von der das Verzögerungsmoment (Mcen) beeinflussende Stellgröße abhängig ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der das Verzögerungsmoment (Mcen) der elektrischen Maschine (114) beeinflussenden Stellgröße, insbesondere eines Erregerstroms (I EIT), getaktet erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz größer, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor zwei größer als eine Frequenz der oszillierenden Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine (112) gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die betragsmäßige Variation der das Verzögerungsmoment (Mcen) der elektrischen Maschine (114) beeinflussenden Stellgröße in einem Wertebereich mit einem unteren Schwellenwert (Si) und einem oberen Schwellenwert (S2) gere- gelt wird, wobei der untere Schwellenwert (Si) durch eine Detektionsschwelle der durch die Variation bewirkten Drehzahlschwankungen der elektrischen Maschine (114) gegeben ist und der obere Schwellenwert (S2) derart bestimmt ist, dass die hierdurch verursachte Änderung der Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (1 14) unterhalb einer Toleranzschwelle (ST) liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufphase (PhFi) der elektrischen Maschine (114) durch Erfassen eines Zeitintervalls der Drehzahl (122) aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl (122) und Erfassen eines für den Freilaufzustand (PhFi) charakteristischen Verlaufs der Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) ermittelt wird, wobei das
Zeitintervall ein Drehzahlmaximum, ein Drehzahlminimum und eine zwischen Drehzahlmaximum und Drehzahlminimum angeordneten abfallende Flanke (124) der Drehzahl (122) aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall derart gewählt wird, dass dieses zusätzlich noch eine aufsteigende Flanke (126) der Drehzahl (122) aufweist, wobei die Freilaufphase (PhFi) durch Vergleich der aufsteigenden Flanke (126) der Drehzahl (122) und der absteigenden Flanke (124) der Drehzahl (122) ermittelt wird.
8. Recheneinheit (1 18), insbesondere Regler (120) für eine elektrische Maschine (1 14), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
9. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (1 18) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit () ausgeführt wird.
10. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.
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