EP3459171A1 - Ascertaining freewheel phases of an electric machine coupled to an internal combustion engine by a freewheel - Google Patents

Ascertaining freewheel phases of an electric machine coupled to an internal combustion engine by a freewheel

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Publication number
EP3459171A1
EP3459171A1 EP17713919.3A EP17713919A EP3459171A1 EP 3459171 A1 EP3459171 A1 EP 3459171A1 EP 17713919 A EP17713919 A EP 17713919A EP 3459171 A1 EP3459171 A1 EP 3459171A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
speed
electric machine
combustion engine
internal combustion
rotational speed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17713919.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Paul Mehringer
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 EP3459171A1 publication Critical patent/EP3459171A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings

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 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 may have 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.
  • the invention relates to a method for determining freewheeling phases of an electric machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine, and to a method for determining freewheeling phases
  • 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 the freewheeling element 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, of the Internal combustion engine torque to be transmitted to the electric machine. 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 of the internal combustion engine, so as not to impair the operation of the internal combustion engine.
  • the most accurate possible knowledge of the torque absorbed by the electric machine is 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, that is, in each case in the work cycles of the internal combustion engine. In the intermediate phases, the internal combustion engine can not control its torque.
  • a chronological progression of a phase signal of the electrical machine is detected.
  • Step is the time course of a speed, which in particular has oscillating speed oscillations, determined from the phase signal.
  • the determined rotational speed may be the rotational speed of the internal combustion engine and / or the rotational speed of the electrical machine, which are substantially identical, for example, in the case of a forced coupling between the electric machine and the internal combustion engine. It is also possible to combine both the speed signals corresponding to the electric machine and that of the internal combustion engine, wherein the speed signal of the internal combustion engine can also be obtained from an external source, such as the engine control.
  • the time profile of the rotational speed of the electric machine in this case typically has an oscillating speed oscillation, which is caused by the power strokes of the internal combustion engine and coupled by the coupling via the coupling element, according to the electric machine. It is further preferred to determine the rotational speed of the internal combustion engine on the basis of the measured values available in the electrical machine, in particular the phase signal.
  • 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 of the electric machine 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 requires the rotational speed of the determined electrical machine.
  • determination of the rotational speed from a plurality of phase signals may be advantageous in order to increase the accuracy of the rotational speed determination and to increase the reliable provision of the rotational speed signal.
  • the determination of the rotational speed of the electric machine and / or the internal combustion engine may also be based on a speed sensor attached to the respective machine, for example an inductive or capacitive sensor and / or on the basis of in a control unit, such as an engine control unit, existing data can be determined.
  • a speed sensor attached to the respective machine for example an inductive or capacitive sensor and / or on the basis of in a control unit, such as an engine control unit, existing data can be determined.
  • a freewheeling phase of the electric machine is determined by taking a first criterion and a second criterion, wherein the first criterion for identifying an oscillating speed oscillation in the time course of the speed is used and the second criterion for identifying a characteristic of a freewheeling phase change in speed serves.
  • 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 a combustion engine.
  • the frequency of the pulse-like torque output is coupled into the electric machine such that these are reflected as the average speed signal superimposed oscillations.
  • Such oscillations are particularly well detectable in an idle state of the internal combustion engine.
  • Internal combustion engine in which the internal combustion engine is coupled to the drive train of the vehicle and a speed increase of the internal combustion engine - for example, on a downhill - is caused by the vehicle accelerating gravity.
  • the oscillations of the speed are damped by the onset of the freewheel. This is given in time ranges in which the speed curve of the electric machine has speed slopes with decreasing slope.
  • a freewheeling phase can be determined.
  • the first criterion as a necessary criterion for the presence of a freewheeling phase and the second criterion as a sufficient criterion for a freewheeling phase, such a freewheeling phase can be detected reliably and particularly simply.
  • the rotational speed is determined only at times in which the phase signal has an ascending and / or a falling edge.
  • a determination of the rotational speed only at times of the flanks of the phase signal is particularly advantageous, since in particular the flanks can be detected particularly easily by measurement. By including as many edges as possible in the speed detection, the resolution of the speed can be increased accordingly.
  • the number of pulses required for this purpose of the phase signal or the measurement times of the rotational speed (time stamp) results from the Nyquist theorem.
  • the respective times of the speed detection (time stamp) preferably result from a fixed potential value of the phase signal. This is a particularly simple and reproducible way to set the times of a speed detection. From the difference of the neighboring timestamp an instantaneous speed can be determined.
  • the first criterion prefferably be determined on the basis of a minimum value and a maximum value of the rotational speed, wherein preferably the absolute value of the difference between the minimum value and the maximum value is greater than a threshold value.
  • Minimum values or maximum values of the rotational speed are particularly easy to detect by measurement. By subtracting the magnitude of the minimum value and the maximum value of the rotational speed oscillations, their amplitude can be determined.
  • the threshold value can be selected according to the magnitude of the amplitude, which essentially depends on the system parameters of the internal combustion engine or the electrical machine.
  • An order of magnitude of the difference between maximum and minimum speed for a typical constellation of an internal combustion engine and an electric machine, at a speed of the generator in the middle range of the speed spectrum for a vibration is about 100 revolutions / min. Since the threshold value is dependent on the speed, it is also particularly preferred to set this dependent on the average speed of the electric machine.
  • the first criterion can be derived safely and reproducibly.
  • the second criterion is determined based on a relation between the time change of the rotational speed, in particular a temporally monotonically decreasing change in the rotational speed, and a period of oscillation of the internal combustion engine.
  • the invention is based on the finding that the oscillations of the rotational speed caused by the internal combustion engine have an approximately symmetrical course over time, ie that the falling flanks of the rotational speed of vibration last approximately the same length as the rising flanks of the rotational speed within one oscillation period.
  • the speed curve of the electric machine in the presence of freewheeling phases differs in principle from the fact that the falling edges of the speed oscillation last significantly longer than the rising edges. Such a deviation can be determined safely and particularly easily by means of a relation between the time drop of the speed oscillation of the electric machine and a total oscillation period of the internal combustion engine. It is understood, however, that even in the case of a previously asymmetric course of the speed oscillation required for a detection of the freewheeling phase relation can be adjusted accordingly.
  • the relation may be determined by means of quotient or difference formation, wherein the quotient of the temporally monotonous change of the rotational speed and one oscillation period is greater than a threshold value and / or the amount of the difference of the temporally monotonous change of the rotational speed and one Vibration period is greater than another threshold.
  • a threshold value a threshold value
  • / or the amount of the difference of the temporally monotonous change of the rotational speed and one Vibration period is greater than another threshold.
  • the quotients or differences between the temporally monotonous change in the rotational speed of the electric machine and an oscillation period of the internal combustion engine can basically assume a multiplicity of values.
  • a typical value for a threshold value of the quotient is approximately> 50%, that is to say that the falling edge lasts longer than the rising edge.
  • the oscillation period of the internal combustion engine from the rotational speed of the electric machine in particular by the time interval between two directly adjacent maxima of the speed is determined.
  • the speed of the electric machine is substantially identical to the speed of the internal combustion engine.
  • the period of the speed oscillation can be determined on the basis of time ranges in which there is certainly no free-running phase. This is especially in the range of the maxima of the speed, in particular in the transition between the rising edge and maxima of the speed given.
  • a further advantageous embodiment of the invention manifests itself in the arithmetic unit, in particular a controller for an electrical machine, which is set up by the computer program provided on the arithmetic unit, in particular on a storage medium of the arithmetic unit, to carry out a method as described above.
  • arithmetic unit in particular the controller, not only serves to control the electric machine, but is also set up for carrying out the method according to the invention.
  • Figure lb shows a schematic representation of a method for determining a freewheeling phase of an electrical machine
  • Figure 2 shows a time course of a phase voltage, the derived therefrom at certain times speed of an electric machine and the time course of a speed of a pulley;
  • FIG. 3 shows a representation similar to FIG. 2, in which additionally the criteria required for determining the freewheeling phases are shown;
  • FIG. 4 shows an illustration, similar to FIGS. 2 and 3, of the rotational speeds in an enlarged view, at a fixed first rotational speed
  • Figure 5 shows a similar to Figure 4 representation of the rotational speeds in an enlarged view, at a fixed further speed.
  • FIG. 1 shows a method (cf., FIG. 1b) for determining free-wheeling phases PhiFi of an electric machine 114 on the basis of the electric machine 114 shown in FIG. 1a and coupled to a freewheeling element 111 to an internal combustion engine 112, which is connected to a pulley RS of FIG electric machine 114 engaging the coupling element 116 is driven by the internal combustion engine 112.
  • 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 is due to the working cycles of the respective cylinder of the internal combustion engine 112 that Torque impulsively to the crankshaft 117 from.
  • 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.
  • a computing unit 118 in the form of a regulator 120 is provided, which adjusts the exciter current IE IT of the electrical machine 114 in accordance with the voltage of the vehicle electrical system 100.
  • a communication connection 124 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.
  • FIG. 1 b shows a method for determining freewheeling phases PhiFi schematically in a flowchart.
  • step El the time profile of a phase signal 121 of the electric machine 114 is detected.
  • step E2 a time profile of a rotational speed n is determined from the phase signal 121 of the electric machine 114 at a plurality of points in time To- ⁇ (cf. FIG. 2).
  • the speed nGen of the electric machine 114 can be determined from the phase signal 121, provided that the number of phase pulses is sufficient is large, in order to map the respective speed changes accordingly.
  • the number of phase pulses P required for this depends on the Nyquist theorem (see below).
  • the rotational speed ⁇ of the internal combustion engine 112 can also be determined in phases in which the electric machine 114 has no freewheeling phases PhiFi, since in these phases the electrical machine 114 and the internal combustion engine 112 are forcibly coupled and their rotational speeds taking into account a possible transmission ratio U b between the internal combustion engine 112 and electrical machine 114 are identical. If the rotational speed n is now determined, it is provided in a further step Dz in order to check, using a first criterion K1 and a second criterion K2, whether there is a freewheeling phase PhiFi.
  • the first criterion Kl serves to identify an oscillating speed oscillation in the time course of the rotational speed n and the second criterion K2 to identify a time change of the rotational speed n characteristic of a freewheeling phase PhiFi.
  • the internal combustion engine 112 outputs its respective torque, due to the working cycles of the individual cylinders, in a pulse-like manner to the crankshaft 117.
  • the frequency of the torque output is essentially determined by the current speed and the number of cylinders of the internal combustion engine 112, in particular of an internal combustion engine.
  • the frequency of the pulse-like torque output is coupled into the electric machine 114 such that this as the average speed signal 123a, b (see. Figure 2) reflect superimposed oscillations.
  • Such oscillations are particularly well detectable in an idle state of the internal combustion engine 112.
  • Freewheel phase PhiFi which is why it is checked according to the first criterion Kl, whether such oscillations are present with sufficiently large amplitude.
  • An exclusion of an overrun operation in a determination of freewheeling phases PhiFi is advantageous for the reason that a coasting operation, which can sometimes have a speed curve falling in a similar manner to a freewheeling phase PhiFi, can not be erroneously interpreted as a freewheeling phase.
  • the first criterion Kl can be determined particularly easily on the basis of a minimum value n m in and a maximum value n ma x of the rotational speed n, wherein the magnitude of the difference between the minimum value n m in and the maximum value n ma x is greater than one
  • Threshold nGrenz is. Minimum values n m in or maximum values n max of the rotational speed n are particularly easy to detect by measurement. By subtraction of the magnitude of the minimum value n m in and the maximum value n ma x of the rotational speed oscillations, their amplitude can be determined.
  • the threshold nGrenz can be selected according to the magnitude of the amplitude, which in
  • threshold nGrenz is speed-dependent, this is in each case determined as a function of the average rotational speed 123a of the electric machine 114 (cf., FIGS. 4 and 5).
  • the oscillations of the rotational speed are damped by the onset of the freewheel 111. This is given in time ranges TAbfaii, in which the speed curve of the electric machine has speed slopes with decreasing slope.
  • TAbfaii time ranges
  • K2 for identifying a time variation of the speed n, which is characteristic of a free-running phase PhiFi, e.g. a time monotonically or strictly monotonically falling edge of a speed n.
  • the second criterion K2 is determined based on a relation between the temporal change TAbfaii the rotational speed n, which is preferably a temporally monotonically decreasing change in the rotational speed n, and a vibration period ⁇ ⁇ of the internal combustion engine 1 12.
  • TAbfaii the temporal change TAbfaii the rotational speed n
  • ⁇ ⁇ the vibration period
  • the invention is based on the finding that the oscillations of the rotational speed n Rs caused by the internal combustion engine 112 have an approximately symmetrical course over time, ie, that the falling edges 126 b of the rotational speed of vibration last approximately the same length as the rising edges 124 b of the rotational speed oscillation
  • the speed curve nGen of the electric machine 114 in the presence of free-running phases PhiFi differs in principle from the fact that the falling edges 126a of the speed oscillation last significantly longer than the rising edges 124a. The same applies to the times TAbfaii and TAnction assigned to the edges.
  • the relation is determined by means of quotient or difference formation, wherein the quotient of the temporally monotonous change the rotational speed n and a period of oscillation is greater than a threshold value and / or the amount of the difference of the temporally monotonous change in the rotational speed and a period of oscillation ⁇ ⁇ is greater than a further threshold value TGrenz.
  • the period duration ⁇ ⁇ of an oscillation of the internal combustion engine 112 can be determined either on the basis of external rotational speed data (for example from the engine control 122) or based on the data already present in the electric machine 114.
  • the quotients or differences between the temporally monotonous change in the rotational speed n of the electric machine 114 and an oscillation period ⁇ ⁇ of the internal combustion engine 114 can assume a multiplicity of values.
  • a typical value for a threshold value TGrenz of the quotient is approximately> 50%, ie, the falling edge 126a lasts longer than the rising edge 124a.
  • the speed nGen of the electric machine 114 is substantially identical to the rotational speed ⁇ of the internal combustion engine 112 multiplied by the transmission ratio Ub.
  • the period ⁇ ⁇ of the speed oscillation can be determined based on time ranges in which certainly no free-running phase PhiFi is present.
  • Time points To - Je is determined, in which the phase signal 121 has an ascending and / or falling edge.
  • a determination of the rotational speed n only at times of the edges of the phase signal 121 is particularly easy to implement metrologically. By including as many edges as possible in the speed detection, the resolution of the speed n can be increased accordingly.
  • the rotational speed need not be determined on each pulse of a phase signal 121.
  • the first criterion K1 and the second criterion K2 can be reliably determined on the basis of the existing measuring points of the rotational speed n or if the falling edge 126 of the rotational speed n can be resolved so well that it reliably closes to a freewheeling phase PhFi can be.
  • the number of pulses P required for the phase signal 121 or the measurement times of the rotational speed n, time stamp To-Je results from the Nyquist theorem.
  • the respective points in time of the speed detection preferably result from a defined potential value Uzs of the phase signal 121 in the case of a phase voltage or a phase current Izs in the event that a phase current is used for speed determination (not shown). This is a particularly easy and reproducible way Set times of a speed detection. From the difference of the adjacent time stamp To - Je, an instantaneous speed n can be determined.
  • the number of timestamps To - Tn necessary for determining the freewheeling phase PhiFi results from the Nyquist theorem.
  • the sampling rate of the generator 114 is sufficient to correspondingly resolve the rotational speed n and in particular the oscillations superimposed on the rotational speed
  • the speed curve n Rs of the pulley has by the forced coupling means of the belt 116 to the internal combustion engine 112, the characteristic, due to the working cycles of the cylinder of the internal combustion engine 112, oscillating speed curve.
  • the speed n Rs of the pulley RS results, as already stated, as a multiplication of the speed nßkm of the internal combustion engine 112 with the transmission ratiorod of the belt drive between the internal combustion engine 112 and electric machine 114th
  • the electric machine 114 Due to the freewheeling element 111 of the electric machine 114, in the freewheeling phases PhiFi the electric machine 114 has a higher rotational speed nGen compared with the rotational speed n Rs of the pulley RS in the same time interval. Accordingly, the associated average speed 123a of the electric machine 114 is slightly higher than the average speed 123b of the pulley RS.
  • the arithmetic unit 118 can determine both the speed nGen of the electric machine 114 and the speed nßkm of the crankshaft 117 of the internal combustion engine 112, provided that the transmission ratio Ub is assumed to be known.
  • the speed nGen of the electric machine 114 can be determined from the phase signal 121 of the electric machine 114. In principle, however, it is understood that the rotational speeds nGen, nßkm of the electric machine 114 and / or the internal combustion engine 112 can alternatively and / or cumulatively by other means, for example by means of a speed sensor can be determined (not shown).
  • phase signal 121 is one of the phase voltages 121 of the electric machine 114. It is understood that for this purpose in principle any desired phase voltage of one or more phases of the electric machine 114, but also the respective phase currents can be used in order to determine therefrom the speed signal nGen of the electric machine 114. 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 121 runs in a generator with current output in a first approximation rectangular.
  • the signal of the phase voltage 121 has phase pulses P, each having a mean phase time or pulse width Tphase. This corresponds to the difference between a pair of adjacent time stamps To- ⁇ , wherein, depending on the number of total pulses and the rotational speed n to be resolved, this does not necessarily have to be the immediately adjacent phase pulses P.
  • the current speed nGen of the electric machine 114 can be determined simply on the basis of the pulse width Tphase of the pulses P, wherein the pulse width Tphase can preferably be determined on the steep edges of the phase voltage 121.
  • 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 applied to the electric machine 114 total torque M is still shown, it can be seen that when decoupling the electric machine 114 of the internal combustion engine 112 in the freewheeling phases PI this falls to a minimum plateau and the reengage of the internal combustion engine 112 accordingly leaps and bounds increases.
  • the speed can preferably be determined on the basis of the mean value between in each case 2 phase edges.
  • the instantaneous speed ⁇ can also be determined when the freewheel is inactive or not present.
  • 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 (local minima and / or maxima) in the respectively recorded time range.
  • the difference between these rotational speeds n is a measure of the torque M. emitted by the internal combustion engine 112.
  • the rotational speed can be determined on the basis of the ascending 126 and falling flanks 124 (see FIG. 2 or 3) of the phase voltage 121.
  • the Nyquist criterion it is possible to dispense with the determination of individual phase pulses in order to relieve the memory in order to reduce the amount of data resulting from a determination of freewheeling phase PhFi.
  • any desired number of rotational speed values n can be detected in the memory, although approximately one complete cycle of a vibration should be recorded for an evaluation. As already stated, several cycles of the speed oscillation can be detected for even more accurate speed determination.
  • the concrete time range of the freewheeling phases PhFi can be localized in the time ranges of falling edges 126 of the rotational speed n.
  • the physical quantities indicated in the figures primarily serve the qualitative description of the invention and are correspondingly scalable with respect to an respectively used internal combustion engine 112 or electric machine 114.
  • the speed curves n Rs and nGen the pulley RS and the electric machine 114 with freewheel 111 are exemplary of different speeds n Rs the pulley RS - Figure 4 at 1,800 rpm and in Figure 5 at 18,000 rpm - over a period represented by 50 ms.
  • the amount of the difference of the minimum value m in n and the maximum value n ma x, and thus the threshold value nlimit depend strongly on the mitt ⁇ sized 123a speed of the electrical machine 114th Since the time ⁇ ⁇ (see Figure 2) depends linearly on the average speed 123a of the electric machine 114, with the generator speed nGen also increases the frequency 1 / Tßr. So with ⁇ a result, the time duration of the freewheeling phases PhiFi shortened and thus the magnitude of the absolute value of n ma x - n m in which is necessary in order to achieve a free-wheeling phase ⁇ PhiFi is reduced.
  • Figure 4 shows the conditions at low speeds.
  • the absolute value of the maximum occurring gradient ie the gradient of a falling edge 126b in the speed curve n Rs of the pulley RS, must be greater than the slope of the generator rotational speed nGen in the time range of a freewheeling phase PhiFi.
  • Figure 5 shows the conditions at low speeds.
  • Oscillation frequency f moment due to the speed difference varies by a factor of 10, the occurring maximum negative slope of the falling edge 126b in the speed curve n Rs of the pulley RS by a factor of 10. Furthermore, the time of an active freewheel at high speeds significantly shorter than at low speeds , The difference n ma x - n m in so can not accept similarity ⁇ Lich high values, such as at low speeds (see Figure. 4). Therefore, provided that the criterion 1 (Determination of the amount of the absolute value ma n x - n m) of the average rotational speed 123a of the electrical machine 114 is from ⁇ pending.

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Abstract

The invention relates to a method for ascertaining freewheel phases (PhFI) of an electric machine (114) coupled to an internal combustion engine (112) by a freewheel (111), having the steps of detecting a time curve of a phase signal (121) of the electric machine (114), ascertaining a time curve of at least one rotational speed (n) from the phase signal (121), and ascertaining at least one freewheel phase (PhFI) of the electric machine (114) from the rotational speed (n) using a first criterion (K1) and a second criterion (K2). The invention additionally relates to a corresponding computing unit (118) which is designed to carry out the method and to a corresponding computer program.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Ermitteln von Freilaufphasen einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine  Determining freewheeling phases of a coupled with a freewheel to an internal combustion engine electric machine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Freilaufphasen einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine, sowie eine Recheneinheit, vorzugsweise einen Regler, für eine elektrische Maschine, und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung. The present invention relates to a method for determining freewheeling phases of an electric machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine, as well as a computing unit, preferably a controller, for an electrical machine, and a computer program for its implementation.
Stand der Technik State of the art
Zur Regelung der Bordnetzspannung in Fahrzeugen, können elektrische Maschinen, insbesondere fremderregte elektrische Maschinen, verwendet werden. Diese weisen einen Regler auf, der in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung den Erregerstrom der elektrischen Maschine regelt. Die elektrische Maschine ist mit einem Koppelelement, typischerweise mit einem Riementrieb, an die Brennkraftmaschine angekoppelt, wobei das Koppelelement sowohl von der Brennkraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine - abhängig vom jeweili- gen Betriebszustand - mit unterschiedlichen Drehmomenten beaufschlagt wird.To regulate the vehicle electrical system voltage in vehicles, electrical machines, in particular externally excited electrical machines, can be used. These have a controller which regulates the excitation current of the electric machine as a function of the vehicle electrical system voltage. The electric machine is coupled 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.
Zur Schonung des Riemens kann die elektrische Maschine ein Freilaufelement aufweisen, um die durch die Drehmomentbeaufschlagung der elektrischen Maschine bzw. der Brennkraftmaschine bewirkte Abreibung des Riementriebs zu reduzieren. To protect the belt, the electric machine may have a freewheeling element in order to reduce the abrasion of the belt drive caused by the application of torque to the electric machine or the internal combustion engine.
Die elektrische Maschine kann somit Freilaufphasen aufweisen, bei denen das Freilaufelement aktiv und somit die elektrische Maschine von der Brennkraftmaschine entkoppelt ist. Das Freilaufelement ist insbesondere dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine größer ist als die der Brennkraftmaschine. Eine genaue Kenntnis der Freilaufphasen ist von vielfältigem Interesse. Jedoch ist eine Ermittlung dieser Freilaufphasen gemäß der bekannten Verfahren nur anhand aufwändiger Ermittlung und Auswertung von Messwerten der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine möglich. Ist nachfolgend allgemein von einer elektrischen Maschine die Rede, kann es sich hierbei auch um eine generatorisch und/oder motorisch betreibbare elektrische Maschine handeln. The electric machine can thus have freewheeling phases in which the freewheeling element is active and thus the electric machine is decoupled from the internal combustion engine. The freewheeling element is particularly active when the rotational speed of the electric machine is greater than that of the internal combustion engine. An exact knowledge of the freewheeling phases is of manifold interest. however is a determination of these freewheeling phases according to the known methods possible only by consuming determination and evaluation of measured values of the electric machine and the internal combustion engine. If, in general, an electric machine is mentioned below, this can also be a generator and / or a motor-operated electric machine.
Es wäre daher vorteilhaft, die Freilaufphasen der elektrischen Maschine auf ein- fächern Wege ermitteln zu können. It would therefore be advantageous to be able to determine the freewheeling phases of the electric machine in a simple way.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es werden ein Verfahren zum Ermitteln von Freilaufphasen einer mit einem Frei- lauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine sowie eineThe invention relates to a method for determining freewheeling phases of an electric machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine, and to a method for determining freewheeling phases
Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Arithmetic unit and a computer program for its implementation with the features of the independent claims proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Das Verfahren dient zur Ermittlung von Freilaufphasen einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine. Die ermittelten Freilaufphasen können insbesondere zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine herangezogen werden. Es versteht sich jedoch, dass auch Be- triebszustände der elektrischen Maschine mittels des Verfahrens ermittelt werden können, bei denen gerade keine Freilaufphasen vorliegen. The method is used to determine freewheeling phases of a coupled to a freewheel to an internal combustion engine electric machine. The determined freewheeling phases can be used in particular for determining a deceleration torque of an electric machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine. However, it goes without saying that operating states of the electrical machine can also be determined by means of the method in which no free-wheeling phases are present.
Die elektrische Maschine kann durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei die elektrische Maschine mit der Brennkraftmaschine über das Freilaufelement und einen daran angreifenden Riementrieb miteinander gekoppelt sind. Durch die Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brenn- kraftmaschine 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 der Brennkraftmaschine überwunden werden sollte, um den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht zu beinträchtigen. The electric machine can be driven by the internal combustion engine, wherein the electric machine with the internal combustion engine via the freewheeling element 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, of the Internal combustion engine torque to be transmitted to the electric machine. 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 of the internal combustion engine, so as not to impair the operation of the internal combustion engine.
Eine möglichst genaue Kenntnis des durch die elektrische Maschine aufgenommenen Drehmoments ist grundsätzlich von allgemeinem Interesse, insbesondere um eine Steuerung einer die elektrische Maschine antreibende Brennkraftma- schine 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. The most accurate possible knowledge of the torque absorbed by the electric machine is generally of general interest, in particular in order to regulate accordingly a control of an internal combustion engine driving the electric machine. The knowledge of this torque absorption of the electric machine, however, is also of special interest, in particular when the internal combustion engine is in a control-critical operating condition, such as the idle state.
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 der Brennkraftmaschine. In den Zwischenphasen kann der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nicht steuern. In the idle state, the torque absorbed by the electric machine in tips can assume very high values, the power output of the internal combustion engine or the associated torque being rather small or fluctuating, which can result in considerable speed instabilities of the internal combustion engine. In extreme cases, this can even lead to the generator '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, that is, in each case in the work cycles of the internal combustion engine. In the intermediate phases, the internal combustion engine can not control its torque.
Es wurde erkannt, dass zur exakten Ermittlung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine es jedoch erforderlich ist, den Drehmomentbeitrag der Brennkraftmaschine entsprechend zu separieren. Dies ist insbesondere in den Freilaufphasen, in denen das Freilaufelement aktiv ist, gegeben. Der Freilauf ist dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine, unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses zwischen elektrischer Maschine und Brennkraftmaschine, die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine übersteigt. It has been recognized that for the exact determination of the deceleration torque of the electric machine, however, it is necessary to appropriately separate the torque contribution of the internal combustion engine. This is especially in the freewheeling phases in which the freewheeling element is active, given. The freewheeling is active when the rotational speed of the electric machine, taking into account the transmission ratio between the electric machine and the internal combustion engine, exceeds the crankshaft speed of the internal combustion engine.
Um die Freilaufphasen des Freilaufelements zu ermitteln, wird ein zeitlicher Ver- lauf eines Phasensignals der elektrischen Maschine erfasst. In einem weiteren Schritt wird der zeitliche Verlauf einer Drehzahl, die insbesondere oszillierende Drehzahlschwingungen aufweist, aus dem Phasensignal ermittelt. In order to determine the freewheeling phases of the freewheeling element, a chronological progression of a phase signal of the electrical machine is detected. In another Step is the time course of a speed, which in particular has oscillating speed oscillations, determined from the phase signal.
Bei der ermittelten Drehzahl kann es sich um die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder um die Drehzahl der elektrischen Maschine handeln, die beispielsweise im Falle einer Zwangskopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine im Wesentlichen identisch sind. Es ist ferner möglich auch beide Drehzahlsignale, die der elektrischen Maschine und die der Brennkraftmaschine, entsprechend zu kombinieren, wobei das Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine auch aus einer externen Quelle, beispielsweise der Motorsteuerung, bezogen werden kann. The determined rotational speed may be the rotational speed of the internal combustion engine and / or the rotational speed of the electrical machine, which are substantially identical, for example, in the case of a forced coupling between the electric machine and the internal combustion engine. It is also possible to combine both the speed signals corresponding to the electric machine and that of the internal combustion engine, wherein the speed signal of the internal combustion engine can also be obtained from an external source, such as the engine control.
Der zeitliche Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine weist hierbei typischerweise eine oszillierende Drehzahlschwingung auf, die von den Arbeitstakten der Brennkraftmaschine bewirkt und durch die Kopplung über das Koppelelement, entsprechend in die elektrische Maschine eingekoppelt wird. Es ist weiter bevorzugt, die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf Basis der in der elektrischen Maschine zur Verfügung stehenden Messwerten, insbesondere des Phasensignals, zu ermitteln. The time profile of the rotational speed of the electric machine in this case typically has an oscillating speed oscillation, which is caused by the power strokes of the internal combustion engine and coupled by the coupling via the coupling element, according to the electric machine. It is further preferred to determine the rotational speed of the internal combustion engine on the basis of the measured values available in the electrical machine, in particular the phase signal.
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 der elektrischen Maschine 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. Des Weiteren kann eine Ermittlung der Drehzahl aus mehreren Phasensignalen vorteilhaft sein, um die Genauigkeit der Drehzahlermittlung zu erhöhen und die sichere Bereitstellung des Drehzahlsignals zu erhöhen. Die Ermittlung der Drehzahl der elektrischen Maschine und/oder der Brennkraftmaschine kann zudem anhand eines an der jeweiligen Maschine angebrachten Drehzahlsensors, bei- spielsweise eines induktiven oder kapazitiven Sensors und/oder auf Basis der in einem Steuergerät, z.B. eines Motorsteuergeräts, vorhandenen Daten, ermittelt werden. In this case, the phase signal of the electrical machine in particular comprises at least one of the phase voltages and / or at least one of the phase currents of the electrical machine. The use of the phase signal for determining the rotational speed of the electric machine 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 requires the rotational speed of the determined electrical machine. Furthermore, determination of the rotational speed from a plurality of phase signals may be advantageous in order to increase the accuracy of the rotational speed determination and to increase the reliable provision of the rotational speed signal. The determination of the rotational speed of the electric machine and / or the internal combustion engine may also be based on a speed sensor attached to the respective machine, for example an inductive or capacitive sensor and / or on the basis of in a control unit, such as an engine control unit, existing data can be determined.
Im Anschluss daran wird eine Freilaufphase der elektrischen Maschine durch Heranziehen eines ersten Kriteriums und eines zweiten Kriteriums ermittelt, wobei das erste Kriterium zur Identifizierung einer oszillierenden Drehzahlschwingung im zeitlichen Verlauf der Drehzahl dient und das zweite Kriterium zur Identifizierung einer für eine Freilaufphase charakteristischen zeitlichen Änderung der Drehzahl dient. Subsequently, a freewheeling phase of the electric machine is determined by taking a first criterion and a second criterion, wherein the first criterion for identifying an oscillating speed oscillation in the time course of the speed is used and the second criterion for identifying a characteristic of a freewheeling phase change in speed serves.
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 Verbrennungs- motors, bestimmt. Durch die Kopplung der elektrischen Maschine mittels einesThe 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 a combustion engine. By coupling the electric machine by means of a
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. Derartige Oszillationen sind besonders gut in einem Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine detektierbar. Belt drive and a freewheel to the shaft of the internal combustion engine, the frequency of the pulse-like torque output is coupled into the electric machine such that these are reflected as the average speed signal superimposed oscillations. Such oscillations are particularly well detectable in an idle state of the internal combustion engine.
Derartige Oszillationen treten jedoch nur dann in nennenswertem Umfang auf, wenn die Brennkraftmaschine nicht durch eine angekoppelte Masse, beispielsweise die Masse eines Fahrzeugs bei geschlossenem Antriebsstrang, gedämpft wird. Ein derartiger Effekt tritt insbesondere in einem sog. Schubbetrieb derHowever, such oscillations occur only to a significant extent when the internal combustion engine is not damped by a coupled mass, for example the mass of a vehicle with the drive train closed. Such an effect occurs in particular in a so-called. Push operation of
Brennkraftmaschine auf, bei dem die Brennkraftmaschine an den Antriebsstrang des Fahrzeugs angekoppelt ist und eine Drehzahlerhöhung der Brennkraftmaschine - beispielsweise bei einer Bergab-Fahrt - durch die das Fahrzeug beschleunigenden Schwerkraft bewirkt wird. Internal combustion engine, in which the internal combustion engine is coupled to the drive train of the vehicle and a speed increase of the internal combustion engine - for example, on a downhill - is caused by the vehicle accelerating gravity.
Da in einem solchen Zustand aufgrund der geringen Amplitude der zuvor beschriebenen Oszillationen keine Freilaufphasen der elektrischen Maschine zu erwarten sind, ist das Vorliegen einer oszillierenden Drehzahlschwankung mit entsprechend großer Amplitude eine notwendige Bedingung für die Existenz von Freilaufphasen, weshalb derartige Oszillationen anhand des ersten Kriteriums ermitteln werden können. Ein grundsätzlicher Ausschluss eines Schubbetriebs zu Ermittlung von Freilaufphasen ist allein schon deshalb vorteilhaft, dass beispielsweise ein Schubbetrieb, der mitunter einen zu einer Freilaufphase in ähnlicher Weise abfallenden Drehzahlverlauf aufweisen kann, nicht fälschlicherweise als Freilaufphase interpretiert wird. Since in such a state due to the low amplitude of the oscillations described above, no free-running phases of the electric machine are to be expected, the presence of an oscillating speed fluctuation with a correspondingly large amplitude is a necessary condition for the existence of freewheeling phases, which is why such oscillations are determined by the first criterion can. A general exclusion of a push operation too Detection of freewheeling phases is advantageous for the reason that, for example, a coasting operation, which can sometimes have a speed course which drops in a similar manner to a freewheeling phase, is not erroneously interpreted as a freewheeling phase.
Grundsätzlich werden die Oszillationen der Drehzahl durch das Einsetzen des Freilaufs gedämpft. Dies ist in Zeitbereichen gegeben, bei denen der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine Drehzahlflanken mit fallender Steigung aufweist. Somit kann anhand eines zweiten Kriteriums zur Identifizierung einer für eine Freilaufphase charakteristischen zeitlichen Änderung der Drehzahl, insbesondere einer zeitlich monoton, vorzugsweise streng monoton, abfallenden Flanke einer Drehzahl, eine Freilaufphase ermittelt werden. Basically, the oscillations of the speed are damped by the onset of the freewheel. This is given in time ranges in which the speed curve of the electric machine has speed slopes with decreasing slope. Thus, based on a second criterion for identifying a characteristic of a freewheeling phase change in speed, in particular a temporally monotonous, preferably strictly monotone, falling edge of a speed, a freewheeling phase can be determined.
Durch ein Heranziehen des ersten Kriteriums als notwendiges Kriterium für das Vorliegen einer Freilaufphase und dem zweiten Kriterium als hinreichendes Kriterium für eine Freilaufphase, kann eine derartige Freilaufphase sicher und besonders einfach erkannt werden. By using the first criterion as a necessary criterion for the presence of a freewheeling phase and the second criterion as a sufficient criterion for a freewheeling phase, such a freewheeling phase can be detected reliably and particularly simply.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drehzahl nur in Zeitpunkten ermittelt wird, in denen das Phasensignal eine aufsteigende und/oder eine abfallende Flanke aufweist. Eine Ermittlung der Drehzahl lediglich in Zeitpunkten der Flanken des Phasensignals ist besonders vorteilhaft, da insbesondere die Flanken messtechnisch besonders einfach erfasst werden können. Durch die Einbeziehung möglichst vieler Flanken in die Drehzahlerfassung kann entsprechend die Auflösung der Drehzahl erhöht werden. In a preferred embodiment, it is provided that the rotational speed is determined only at times in which the phase signal has an ascending and / or a falling edge. A determination of the rotational speed only at times of the flanks of the phase signal is particularly advantageous, since in particular the flanks can be detected particularly easily by measurement. By including as many edges as possible in the speed detection, the resolution of the speed can be increased accordingly.
Hierbei kann es weiter bevorzugt sein die Drehzahl nicht an jedem Puls eines Phasensignals zu ermitteln, was die bei einer Ermittlung von Freilaufphasen anfallende Datenmenge erheblich reduziert. Es sollten jedoch stets so viele Pulse des Phasensignals berücksichtigt werden, dass die entsprechenden Oszillationen in der Drehzahl hinreichend gut auflösbar, und die Freilaufphasen damit sicher erkennbar sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich anhand der vorhandenen Messpunkte der Drehzahl das erste Kriterium und das zweite Kriterium sicher ermitteln lassen bzw. sich die abfallende Flanke der Drehzahl so gut auflösen lässt, dass sicher auf eine Freilaufphase geschlossen werden kann. Die Anzahl der hierfür erforderlichen Pulse des Phasensignals bzw. der Messzeitpunkte der Drehzahl (Zeitstempel) ergibt sich aus dem Nyquisttheorem. Die jeweiligen Zeitpunkte der Drehzahlerfassung (Zeitstempel) ergeben sich vorzugsweise durch einen festgelegten Potentialwert des Phasensignals. Dies ist eine besonders einfache und reproduzierbare Möglichkeit die Zeitpunkte einer Drehzahlerfassung festzulegen. Aus der Differenz der benachbarten Zeitstempel lässt sich eine Momentandrehzahl ermitteln. In this case, it may be further preferred not to determine the rotational speed at each pulse of a phase signal, which considerably reduces the amount of data resulting from the determination of freewheeling phases. However, it should always take into account so many pulses of the phase signal that the corresponding oscillations in the rotational speed sufficiently dissolvable, and the freewheeling phases are thus reliably recognizable. This is the case in particular when the first criterion and the second criterion can be reliably determined on the basis of the existing measuring points of the rotational speed or the falling edge of the rotational speed can be resolved so well that a free-running phase can be reliably concluded. The The number of pulses required for this purpose of the phase signal or the measurement times of the rotational speed (time stamp) results from the Nyquist theorem. The respective times of the speed detection (time stamp) preferably result from a fixed potential value of the phase signal. This is a particularly simple and reproducible way to set the times of a speed detection. From the difference of the neighboring timestamp an instantaneous speed can be determined.
Es ist hierbei ferner besonders bevorzugt, dass das erste Kriterium anhand eines Minimalwerts und eines Maximalwerts der Drehzahl festgelegt wird, wobei vorzugsweise der Betrag der Differenz des Minimalwerts und des Maximalwerts größer als ein Schwellwert ist. Minimalwerte bzw. Maximalwerte der Drehzahl sind messtechnisch besonders einfach zu erfassen. Durch eine Differenzbildung des Betrags des Minimalwerts und des Maximalwerts der Drehzahloszillationen, lässt sich deren Amplitude ermitteln. It is further preferred here for the first criterion to be determined on the basis of a minimum value and a maximum value of the rotational speed, wherein preferably the absolute value of the difference between the minimum value and the maximum value is greater than a threshold value. Minimum values or maximum values of the rotational speed are particularly easy to detect by measurement. By subtracting the magnitude of the minimum value and the maximum value of the rotational speed oscillations, their amplitude can be determined.
Fällt nun die Amplitude bzw. der Betrag der Differenz des Minimalwerts und des Maximalwerts unter einen gewissen Schwellwert, so kann davon ausgegangen werden das entweder keine Oszillationen mehr vorliegt oder die Oszillationen so gering sind, dass keine Freilaufphasen vorliegen. Der Schwellwert kann entsprechend der Stärke der Amplitude gewählt werden, welche im Wesentlichen von den Systemparametern der Brennkraftmaschine bzw. der elektrischen Maschine abhängt. Eine Größenordnung der Differenz zwischen maximaler und minimaler Drehzahl für eine typische Konstellation einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine, bei einer Drehzahl des Generators im mittleren Bereich des Drehzahlspektrums für eine Schwingung beträgt ca. 100 Umdrehungen/min. Da der Schwellwert abhängig von der Drehzahl ist, ist es zudem besonders bevorzugt, diesen abhängig von der mittleren Drehzahl der elektrischen Maschine festzulegen. Hiermit kann das erste Kriterium sicher und reproduzierbar abgeleitet werden. If now the amplitude or the amount of the difference of the minimum value and the maximum value falls below a certain threshold value, it can be assumed that either no oscillations are present or the oscillations are so low that there are no free-wheeling phases. The threshold value can be selected according to the magnitude of the amplitude, which essentially depends on the system parameters of the internal combustion engine or the electrical machine. An order of magnitude of the difference between maximum and minimum speed for a typical constellation of an internal combustion engine and an electric machine, at a speed of the generator in the middle range of the speed spectrum for a vibration is about 100 revolutions / min. Since the threshold value is dependent on the speed, it is also particularly preferred to set this dependent on the average speed of the electric machine. Hereby, the first criterion can be derived safely and reproducibly.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das zweite Kriterium anhand einer Relation zwischen der zeitlichen Änderung der Drehzahl, insbesondere einer zeitlich monoton fallenden Änderung der Drehzahl, und einer Schwingungsperiode der Brennkraftmaschine ermittelt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die durch die Brennkraftmaschine bewirkten Oszillationen der Drehzahl einen in etwa symmetrischen Verlauf über die Zeit aufweisen, d.h., dass die abfallenden Flanken der Drehzahlschwingung in etwa gleich lang andauern wie die ansteigenden Flanken der Drehzahlschwingung innerhalb einer Schwingungsperiode. In a further preferred embodiment of the invention, the second criterion is determined based on a relation between the time change of the rotational speed, in particular a temporally monotonically decreasing change in the rotational speed, and a period of oscillation of the internal combustion engine. The invention is based on the finding that the oscillations of the rotational speed caused by the internal combustion engine have an approximately symmetrical course over time, ie that the falling flanks of the rotational speed of vibration last approximately the same length as the rising flanks of the rotational speed within one oscillation period.
Der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine bei einem Vorliegen von Freilaufphasen unterscheidet sich hiervon grundsätzlich dadurch, dass die abfallenden Flanken der Drehzahlschwingung deutlich länger andauern als die ansteigenden Flanken. Eine derartige Abweichung kann mittels einer Relation zwischen dem zeitlichen Abfall der Drehzahlschwingung der elektrischen Maschine und einer Gesamtschwingungsperiode der Brennkraftmaschine sicher und besonders einfach ermittelt werden. Es versteht sich jedoch, dass auch im Falle eines von vornherein asymmetrischen Verlaufs der Drehzahlschwingung die für eine Erkennung der Freilaufphasen erforderliche Relation entsprechend angepasst werden kann. The speed curve of the electric machine in the presence of freewheeling phases differs in principle from the fact that the falling edges of the speed oscillation last significantly longer than the rising edges. Such a deviation can be determined safely and particularly easily by means of a relation between the time drop of the speed oscillation of the electric machine and a total oscillation period of the internal combustion engine. It is understood, however, that even in the case of a previously asymmetric course of the speed oscillation required for a detection of the freewheeling phase relation can be adjusted accordingly.
Hierbei kann es bevorzugt sein, dass die Relation mittels Quotienten- bzw. Differenzbildung ermittelt wird, wobei der Quotient der zeitlich monotonen Änderung der Drehzahl und einer Schwingungsperiode größer als ein Schwellwert ist und/oder der Betrag der Differenz der zeitlich monotonen Änderung der Drehzahl und einer Schwingungsperiode größer als ein weiterer Schwellwert ist. Bei einer Betrachtung des Quotienten der zeitlich monotonen Änderung der Drehzahl und einer Schwingungsperiode der Brennkraftmaschine bzw. deren betragsmäßige Differenz kann eine derartige Asymmetrie besonders einfach und sicher ermittelt werden. Die Periodendauer einer Schwingung der Brennkraftmaschine kann entweder anhand von externen Drehzahldaten ermittelt werden oder anhand der in der elektrischen Maschine bereits vorliegenden Daten. Die Quotienten bzw. Differenzen zwischen der zeitlich monotonen Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine und einer Schwingungsperiode der Brennkraftmaschine können grundsätzlich eine Vielzahl an Werten annehmen. Ein typischer Wert für einen Schwellwert des Quotienten liegt in etwa bei > 50 %, d.h., dass die abfallende Flanke länger andauert als die ansteigende Flanke. In this case, it may be preferable for the relation to be determined by means of quotient or difference formation, wherein the quotient of the temporally monotonous change of the rotational speed and one oscillation period is greater than a threshold value and / or the amount of the difference of the temporally monotonous change of the rotational speed and one Vibration period is greater than another threshold. When considering the quotient of the temporally monotonous change in the rotational speed and a period of oscillation of the internal combustion engine or their difference in magnitude, such an asymmetry can be determined particularly simply and reliably. The period of a vibration of the internal combustion engine can be determined either on the basis of external speed data or based on the already existing in the electrical machine data. The quotients or differences between the temporally monotonous change in the rotational speed of the electric machine and an oscillation period of the internal combustion engine can basically assume a multiplicity of values. A typical value for a threshold value of the quotient is approximately> 50%, that is to say that the falling edge lasts longer than the rising edge.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Schwingungsperiode der Brennkraftmaschine aus der Drehzahl der elektrischen Maschine, insbesondere durch den zeitlichen Abstand zweier direkt benachbarter Maxima der Drehzahl, ermittelt wird. Im Falle einer Zwangskopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine, sei es bei inaktivem Freilauf bzw. ohne Freilaufelement, ist die Drehzahl der elektrischen Maschine im Wesentlichen identisch mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Somit kann die Periodendauer der Drehzahlschwingung anhand von Zeitbereichen ermittelt werden, bei denen sicher keine Freilaufphase vorliegt. Dies ist insbesondere im Bereich der Maxima der Drehzahl, insbesondere im Übergang zwischen ansteigender Flanke und Maxima der Drehzahl, gegeben. It is particularly preferred that the oscillation period of the internal combustion engine from the rotational speed of the electric machine, in particular by the time interval between two directly adjacent maxima of the speed is determined. In the case of a forced coupling between the electric machine and the internal combustion engine, be it with inactive freewheel or without freewheel element, the speed of the electric machine is substantially identical to the speed of the internal combustion engine. Thus, the period of the speed oscillation can be determined on the basis of time ranges in which there is certainly no free-running phase. This is especially in the range of the maxima of the speed, in particular in the transition between the rising edge and maxima of the speed given.
Grundsätzlich versteht sich, dass zu einer Ermittlung der Periodendauer der Drehzahlschwingung alle Bereiche der Drehzahl herangezogen werden können, in denen eine Freilaufphase sicher ausgeschlossen werden kann. Somit kann eine Ermittlung von Freilaufphasen in vorteilhafter Weise auf Basis von Daten gewährleistet werden, die in der elektrischen Maschine direkt zugänglich sind, ohne dass hierzu externe Daten, beispielsweise Drehzahlwerte der Brennkraftmaschine eines Motorsteuergeräts, bereitgestellt werden müssten. In principle, it goes without saying that all ranges of the rotational speed in which a freewheeling phase can be reliably excluded can be used to determine the period of the rotational speed oscillation. Thus, a determination of freewheeling phases can be advantageously ensured on the basis of data that are directly accessible in the electrical machine, without the need external data, such as engine speed values of an engine control unit, would be provided.
Weitere Vorteile ergeben sich in der Verwendung eines auf eine Maschine lesbaren Speichermediums gespeicherten Computerprogramms, das die Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ausführungen durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird. Further advantages result from the use of a computer program stored on a machine-readable storage medium, which causes the arithmetic unit to carry out a method according to one of the above statements, when it is executed on the arithmetic unit.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung manifestiert sich in der Recheneinheit, insbesondere eines Reglers für eine elektrische Maschine, die durch das auf der Recheneinheit, insbesondere auf einem Speichermedium der Recheneinheit, bereitgestellte Computerprogramm dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß der vorstehenden Ausführungen durchzuführen. Hierdurch ergeben sich Synergien, da die Recheneinheit, insbesondere der Regler, nicht nur zur Regelung der elektrischen Maschine dient, sondern auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. A further advantageous embodiment of the invention manifests itself in the arithmetic unit, in particular a controller for an electrical machine, which is set up by the computer program provided on the arithmetic unit, in particular on a storage medium of the arithmetic unit, to carry out a method as described above. This results in synergies, since the arithmetic unit, in particular the controller, not only serves to control the electric machine, but is also set up for carrying out the method according to the invention.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur la zeigt eine mit einem Freilaufelement an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine in einer schematischen Brief description of the drawings Figure la shows a coupled with a freewheeling element to an internal combustion engine electric machine in a schematic
Darstellung;  Presentation;
Figur lb zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Ermitteln einer Freilaufphase einer elektrischen Maschine; Figure lb shows a schematic representation of a method for determining a freewheeling phase of an electrical machine;
Figur 2 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Phasenspannung, die hieraus zu gewissen Zeitpunkten abgeleitete Drehzahl einer elektrischen Maschine sowie den zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer Riemenscheibe; Figure 2 shows a time course of a phase voltage, the derived therefrom at certain times speed of an electric machine and the time course of a speed of a pulley;
Figur 3 zeigt eine zu Figur 2 ähnliche Darstellung, in der zusätzlich die für eine Ermittlung der Freilaufphasen erforderlichen Kriterien dargestellt sind; FIG. 3 shows a representation similar to FIG. 2, in which additionally the criteria required for determining the freewheeling phases are shown;
Figur 4 zeigt eine zu Figur 2 und 3 ähnliche Darstellung der Drehzahlen in vergrößerter Darstellung, bei einer festen ersten Drehzahl; und FIG. 4 shows an illustration, similar to FIGS. 2 and 3, of the rotational speeds in an enlarged view, at a fixed first rotational speed; and
Figur 5 zeigt eine zu Figur 4 ähnliche Darstellung der Drehzahlen in vergrößerter Darstellung, bei einer festen weiteren Drehzahl. Figure 5 shows a similar to Figure 4 representation of the rotational speeds in an enlarged view, at a fixed further speed.
In Figur 1 wird ein Verfahren (vgl. Figur lb) zum Ermitteln von Freilaufphasen PhiFi einer elektrischen Maschine 114 anhand der in Figur la dargestellten, mit einem Freilaufelement 111 an eine Brennkraftmaschine 112 gekoppelten elektrischen Maschine 114 gezeigt, die mittels eines an einer Riemenscheibe RS der elektrischen Maschine 114 angreifenden Kopplungselements 116 von der Brennkraftmaschine 112 angetrieben wird. 1 shows a method (cf., FIG. 1b) for determining free-wheeling phases PhiFi of an electric machine 114 on the basis of the electric machine 114 shown in FIG. 1a and coupled to a freewheeling element 111 to an internal combustion engine 112, which is connected to a pulley RS of FIG electric machine 114 engaging the coupling element 116 is driven by the internal combustion engine 112.
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. Zur Regelung der Spannung im Bordnetz 110 ist eine Recheneinheit 118 in Form eines Reglers 120 vorgesehen, der in Abhängigkeit von der Spannung des Bordnetzes 100 den Erregerstrom I EIT der elektrischen Maschine 114 entsprechend einregelt. 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 is due to the working cycles of the respective cylinder of the internal combustion engine 112 that Torque impulsively to the crankshaft 117 from. 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. To regulate the voltage in the electrical system 110, a computing unit 118 in the form of a regulator 120 is provided, which adjusts the exciter current IE IT of the electrical machine 114 in accordance with the voltage of the vehicle electrical system 100.
Um beispielsweise ein Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine 114 gestützt auf physikalische Zustandsgrößen ermitteln zu können, kann es vorteilhaft sein, 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, da hierdurch das Verzögerungsmoment besonders einfach ermittelbar ist. Die erfindungsgemäße Ermittlung der besagten Freilaufphasen PhiFi ist in Figur 2 und Figur 3 näher beschrieben. Unabhängig von einer Ermittlung eines Verzögerungsmoments 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 übertragenen Leistung, von Interesse. In order to be able to determine, for example, a deceleration torque of an electric machine 114 based on physical state variables, it can be advantageous for the electric machine 114 to be decoupled from the internal combustion engine 112. This is the case in particular when the freewheeling element 111 is active. The exact knowledge of the freewheel PhiFi phases is thus of crucial importance for the determination of the deceleration torque, as this is particularly easy to determine the deceleration moment. The determination according to the invention of said freewheeling phases PhiFi is described in more detail in FIG. 2 and FIG. Regardless of determining a deceleration torque of the electric machine 114, the precise knowledge of overrun phases PhiFi is of interest for many other applications, such as determining the power transferred to the electric machine 114 by the engine 112.
Zum Erfassen und Übertragen von Daten mit einer Motorsteuereinheit 122 kann zudem eine Kommunikationsverbindung 124 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. For detecting and transmitting data with a motor control unit 122, a communication connection 124 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.
In Figur 1 b) ist ein Verfahren zum Ermitteln von Freilaufphasen PhiFi schematisch in einem Flussdiagramm dargestellt. Im Schritt El wird der zeitliche Verlauf eines Phasensignals 121 der elektrischen Maschine 114 erkannt. Im Schritt E2 wird aus dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 zu mehreren Zeitpunkten To - Τε (vergleiche hierzu Figur 2) ein zeitlicher Verlauf einer Drehzahl n ermittelt. Die Drehzahl nGen der elektrischen Maschine 114 lässt sich aus dem Phasensignal 121 ermitteln, sofern die Anzahl der Phasenpulse ausreichend groß ist, um die jeweiligen Drehzahländerungen entsprechend abzubilden. Die Anzahl der hierfür erforderlichen Phasenpulse P richtet sich nach dem Nyquist- theorem (siehe unten). FIG. 1 b) shows a method for determining freewheeling phases PhiFi schematically in a flowchart. In step El, the time profile of a phase signal 121 of the electric machine 114 is detected. In step E2, a time profile of a rotational speed n is determined from the phase signal 121 of the electric machine 114 at a plurality of points in time To-Τε (cf. FIG. 2). The speed nGen of the electric machine 114 can be determined from the phase signal 121, provided that the number of phase pulses is sufficient is large, in order to map the respective speed changes accordingly. The number of phase pulses P required for this depends on the Nyquist theorem (see below).
Auch die Drehzahl ΠΒΚΜ der Brennkraftmaschine 112 lässt sich in Phasen, in denen die elektrische Maschine 114 keine Freilaufphasen PhiFi aufweist, ermitteln, da in diesen Phasen die elektrische Maschine 114 und die Brennkraftmaschine 112 zwangsgekoppelt sind und ihre Drehzahlen bei Berücksichtigung eines etwaigen Übersetzungsverhältnisses Üb zwischen Brennkraftmaschine 112 und elektrischer Maschine 114 identisch sind. Ist nun die Drehzahl n ermittelt, wird sie in einem weiteren Schritt Dz bereitgestellt, um unter Heranziehung eines ersten Kriteriums Kl und eines zweiten Kriteriums K2 zu überprüfen, ob eine Freilaufphase PhiFi vorliegt. The rotational speed ΠΒΚΜ of the internal combustion engine 112 can also be determined in phases in which the electric machine 114 has no freewheeling phases PhiFi, since in these phases the electrical machine 114 and the internal combustion engine 112 are forcibly coupled and their rotational speeds taking into account a possible transmission ratio U b between the internal combustion engine 112 and electrical machine 114 are identical. If the rotational speed n is now determined, it is provided in a further step Dz in order to check, using a first criterion K1 and a second criterion K2, whether there is a freewheeling phase PhiFi.
Das erste Kriterium Kl dient zur Identifizierung einer oszillierenden Drehzahlschwingung im zeitlichen Verlauf der Drehzahl n und das zweite Kriterium K2 zur Identifizierung einer für eine Freilaufphase PhiFi charakteristischen zeitlichen Änderung der Drehzahl n. The first criterion Kl serves to identify an oscillating speed oscillation in the time course of the rotational speed n and the second criterion K2 to identify a time change of the rotational speed n characteristic of a freewheeling phase PhiFi.
Die Brennkraftmaschine 112 gibt ihr jeweiliges Drehmoment, bedingt durch die Arbeitstakte der einzelnen Zylinder, impulsartig an die Kurbelwelle 117 ab. Die Frequenz der Drehmomentabgabe wird im Wesentlichen durch die aktuelle Drehzahl und die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine 112, insbesondere eines Verbrennungsmotors, bestimmt. Durch die Kopplung der elektrischen Maschine 114 mittels eines Riementriebs 116 und eines Freilaufs 111 an die Welle 117 der Brennkraftmaschine 112, wird die Frequenz der impulsartigen Drehmomentabgabe in die elektrische Maschine 114 derart eingekoppelt, dass sich diese als dem mittleren Drehzahlsignal 123a, b (vgl. Figur 2) überlagerten Oszillationen widerspiegeln. Derartige Oszillationen sind besonders gut in einem Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine 112 detektierbar. The internal combustion engine 112 outputs its respective torque, due to the working cycles of the individual cylinders, in a pulse-like manner to the crankshaft 117. The frequency of the torque output is essentially determined by the current speed and the number of cylinders of the internal combustion engine 112, in particular of an internal combustion engine. By coupling the electric machine 114 by means of a belt drive 116 and a freewheel 111 to the shaft 117 of the internal combustion engine 112, the frequency of the pulse-like torque output is coupled into the electric machine 114 such that this as the average speed signal 123a, b (see. Figure 2) reflect superimposed oscillations. Such oscillations are particularly well detectable in an idle state of the internal combustion engine 112.
Derartige Oszillationen treten jedoch nur dann in nennenswertem Umfang auf, wenn die Brennkraftmaschine 112 nicht durch eine angekoppelte Masse, beispielsweise die Masse eines Fahrzeugs, gedämpft wird. Ein derartiger Effekt tritt insbesondere in einem sog. Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 112 auf, bei dem die Brennkraftmaschine 112 an den Antriebsstrang eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) angekoppelt ist und eine Drehzahlerhöhung der Brennkraftmaschine 112 im Wesentlichen durch die das Fahrzeug beschleunigende Schwerkraft bewirkt werden kann. Entsprechend kann es auch zu einer Drehzahlverringerung kommen, wenn die Bremswirkung der Brennkraftmaschine 112 größer ist als die ihr entgegengesetzte Schwerkraft oder sich das Fahrzeug im Auslauf befindet. However, such oscillations occur only to a significant extent when the internal combustion engine 112 is not damped by a coupled mass, for example, the mass of a vehicle. Such an effect occurs in particular in a so-called. Push operation of the internal combustion engine 112, in which the internal combustion engine 112 to the drive train of a vehicle (not shown) is coupled and a speed increase of the internal combustion engine 112 can be effected substantially by the accelerating the vehicle gravity. Accordingly, it can also lead to a speed reduction, if the braking effect of the internal combustion engine 112 is greater than the opposite gravity or the vehicle is in the outlet.
Da in einem solchen Zustand aufgrund der geringen Amplitude der zuvor beschriebenen Oszillationen keine Freilaufphasen PhiFi der elektrischen Maschine zu erwarten sind, ist das Vorliegen einer oszillierenden Drehzahlschwankung mit entsprechend großer Amplitude eine notwendige Bedingung für die Existenz vonSince no free-wheeling phases PhiFi of the electric machine are to be expected in such a state due to the low amplitude of the oscillations described above, the presence of an oscillating speed fluctuation with a correspondingly large amplitude is a necessary condition for the existence of
Freilaufphasen PhiFi, weshalb gemäß des ersten Kriteriums Kl überprüft wird, ob derartige Oszillationen mit ausreichend großer Amplitude vorliegen. Ein Ausschluss eines Schubbetriebs bei einer Ermittlung von Freilaufphasen PhiFi ist allein schon deshalb vorteilhaft, um einen Schubbetrieb, der mitunter einen zu ei- ner Freilaufphase PhiFi in ähnlicher Weise abfallenden Drehzahlverlauf aufweisen kann, nicht fälschlicherweise als Freilaufphase zu interpretieren. Freewheel phase PhiFi, which is why it is checked according to the first criterion Kl, whether such oscillations are present with sufficiently large amplitude. An exclusion of an overrun operation in a determination of freewheeling phases PhiFi is advantageous for the reason that a coasting operation, which can sometimes have a speed curve falling in a similar manner to a freewheeling phase PhiFi, can not be erroneously interpreted as a freewheeling phase.
Das erste Kriterium Kl lässt sich besonders einfach anhand eines Minimalwerts nmin und eines Maximalwerts nmax der Drehzahl n ermitteln, wobei der Betrag der Differenz des Minimalwerts nmin und des Maximalwerts nmax größer als einThe first criterion Kl can be determined particularly easily on the basis of a minimum value n m in and a maximum value n ma x of the rotational speed n, wherein the magnitude of the difference between the minimum value n m in and the maximum value n ma x is greater than one
Schwellwert nGrenz ist. Minimalwerte nmin bzw. Maximalwerte nmax der Drehzahl n sind messtechnisch besonders einfach zu erfassen. Durch eine Differenzbildung des Betrags des Minimalwerts nmin und des Maximalwerts nmax der Drehzahloszillationen, lässt sich deren Amplitude ermitteln. Threshold nGrenz is. Minimum values n m in or maximum values n max of the rotational speed n are particularly easy to detect by measurement. By subtraction of the magnitude of the minimum value n m in and the maximum value n ma x of the rotational speed oscillations, their amplitude can be determined.
Fällt nun die Amplitude bzw. der Betrag der Differenz des Minimalwerts nmin und des Maximalwerts nmax unter den Schwellwert nGrenz, so kann davon ausgegangen werden, dass entweder keine Oszillationen mehr vorliegen oder die Oszillationen so gering sind, dass keine Freilaufphasen PhiFi vorliegen. Der Schwellwert nGrenz kann entsprechend der Stärke der Amplitude gewählt werden, welche imNow falls the amplitude or the amount of the difference of the minimum value n m in and the maximum value n max below the threshold n limit, it can be assumed that either no oscillations are present or the oscillations are so low that there are no freewheel PhiFi phases. The threshold nGrenz can be selected according to the magnitude of the amplitude, which in
Wesentlichen von den Systemparametern der Brennkraftmaschine 112 bzw. der elektrischen Maschine 114 abhängt. Eine Größenordnung der Differenz zwischen maximaler und minimaler Drehzahl (Schwellwert nGrenz) für eine typische Konstellation einer Brennkraftmaschine 112 und einer elektrischen Maschine 114 für eine Schwingung beträgt auf Generatorseite im mittleren Bereich der Drehzahl n Rs ca. 100 Umdrehungen/min. Da der Schwellwert nGrenz drehzahlabhängig ist, wird dieser jeweils abhängig von der mittleren Drehzahl 123a der elektrischen Maschine 114 festgelegt (vgl. hierzu Figur 4 und 5). Essentially depends on the system parameters of the internal combustion engine 112 and the electric machine 114. An order of magnitude of the difference between maximum and minimum rotational speed (threshold n limit) for a typical constellation of an internal combustion engine 112 and an electric machine 114 for a vibration is approximately 100 revolutions / min on the generator side in the middle range of the rotational speed n Rs. Since the threshold nGrenz is speed-dependent, this is in each case determined as a function of the average rotational speed 123a of the electric machine 114 (cf., FIGS. 4 and 5).
Grundsätzlich werden die Oszillationen der Drehzahl durch das Einsetzen des Freilaufs 111 gedämpft. Dies ist in Zeitbereichen TAbfaii gegeben, bei denen der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine Drehzahlflanken mit fallender Steigung aufweist. Somit kann anhand eines zweiten Kriteriums K2 zur Identifizierung einer für eine Freilaufphase PhiFi charakteristischen zeitlichen Änderung der Drehzahl n z.B. einer zeitlich monoton bzw. streng monoton abfallenden Flanke einer Drehzahl n, eine Freilaufphase PhiFi ermittelt werden. Basically, the oscillations of the rotational speed are damped by the onset of the freewheel 111. This is given in time ranges TAbfaii, in which the speed curve of the electric machine has speed slopes with decreasing slope. Thus, based on a second criterion K2 for identifying a time variation of the speed n, which is characteristic of a free-running phase PhiFi, e.g. a time monotonically or strictly monotonically falling edge of a speed n, a freewheeling PhiFi be determined.
Das zweite Kriterium K2 wird anhand einer Relation zwischen der zeitlichen Änderung TAbfaii der Drehzahl n, die vorzugsweise eine zeitlich monoton fallende Änderung der Drehzahl n ist, und einer Schwingungsperiode ΤΒγ der Brennkraftmaschine 1 12 ermittelt. In der weiteren Beschreibung wird ferner allgemein auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die durch die Brennkraftmaschine 112 bewirkten Oszillationen der Drehzahl n Rs einen in etwa symmetrischen Verlauf über die Zeit aufweisen, d.h., dass die abfallenden Flanken 126b der Drehzahlschwingung in etwa gleich lang andauern wie die ansteigenden Flanken 124b der Drehzahlschwingung der Drehzahl n Rs. Der Drehzahlverlauf nGen der elektrischen Maschine 114 bei einem Vorliegen von Freilaufphasen PhiFi unterscheidet sich hiervon grundsätzlich dadurch, dass die abfallenden Flanken 126a der Drehzahlschwingung deutlich länger andauern als die ansteigenden Flanken 124a. Entsprechendes gilt für die den Flanken zugeordneten Zeiten TAbfaii und TAnstieg. The second criterion K2 is determined based on a relation between the temporal change TAbfaii the rotational speed n, which is preferably a temporally monotonically decreasing change in the rotational speed n, and a vibration period ΤΒ γ of the internal combustion engine 1 12. In the further description, reference is further made generally to FIGS. 2 and 3. The invention is based on the finding that the oscillations of the rotational speed n Rs caused by the internal combustion engine 112 have an approximately symmetrical course over time, ie, that the falling edges 126 b of the rotational speed of vibration last approximately the same length as the rising edges 124 b of the rotational speed oscillation The speed curve nGen of the electric machine 114 in the presence of free-running phases PhiFi differs in principle from the fact that the falling edges 126a of the speed oscillation last significantly longer than the rising edges 124a. The same applies to the times TAbfaii and TAnstieg assigned to the edges.
Eine derartige Abweichung kann mittels einer Relation zwischen dem zeitlichen Abfall TAbfaii der Drehzahlschwingung der elektrischen Maschinell4 und einer Gesamtschwingungsperiode ΤΒγ der Brennkraftmaschine 112 sicher und besonders einfach ermittelt werden. Es versteht sich jedoch, dass auch im Falle eines von vornherein asymmetrischen und/oder andersartig ungleichmäßigen Verlaufs der Drehzahlschwingung die für eine Erkennung der Freilaufphasen PhiFi erforderliche Relation entsprechend angepasst werden kann. Such a deviation can be surely and particularly easily determined by means of a relation between the time lag TAbfaii of the speed vibration of the electric machine 4 and a total vibration period ΤΒ γ of the engine 112. However, it is understood that even in the case of asymmetric and / or otherwise uneven course of the speed oscillation from the outset, the relation required for detecting the freewheeling phases PhiFi can be adjusted accordingly.
Hierbei kann es bevorzugt sein, dass die Relation mittels Quotienten- bzw. Differenzbildung ermittelt wird, wobei der Quotient der zeitlich monotonen Änderung der Drehzahl n und einer Schwingungsperiode größer als ein Schwellwert ist und/oder der Betrag der Differenz der zeitlich monotonen Änderung der Drehzahl und einer Schwingungsperiode ΤΒγ größer als ein weiterer Schwellwert TGrenz ist. In this case, it may be preferred that the relation is determined by means of quotient or difference formation, wherein the quotient of the temporally monotonous change the rotational speed n and a period of oscillation is greater than a threshold value and / or the amount of the difference of the temporally monotonous change in the rotational speed and a period of oscillation ΤΒ γ is greater than a further threshold value TGrenz.
Bei einer Betrachtung des Quotienten der zeitlich monotonen Änderung der Drehzahl n und einer Schwingungsperiode ΤΒγ der Brennkraftmaschine 112 bzw. deren betragsmäßige Differenz kann eine derartige Asymmetrie besonders einfach und sicher ermittelt werden. Die Periodendauer ΤΒγ einer Schwingung der Brennkraftmaschine 112 kann entweder anhand von externen Drehzahldaten (z. B. aus der Motorsteuerung 122) oder anhand der in der elektrischen Maschine 114 bereits vorliegenden Daten ermittelt werden. Die Quotienten bzw. Differenzen zwischen der zeitlich monotonen Änderung der Drehzahl n der elektrischen Maschine 114 und einer Schwingungsperiode ΤΒγ der Brennkraftmaschine 114 können eine Vielzahl an Werten annehmen. Ein typischer Wert für einen Schwellwert TGrenz des Quotienten liegt in etwa bei > 50 %, d.h., dass die abfallende Flanke 126a länger andauert als die ansteigende Flanke 124a. When considering the quotient of the temporally monotonous change in the rotational speed n and a period of oscillation ΤΒ γ of the internal combustion engine 112 or their difference in magnitude, such an asymmetry can be determined particularly simply and reliably. The period duration ΤΒ γ of an oscillation of the internal combustion engine 112 can be determined either on the basis of external rotational speed data (for example from the engine control 122) or based on the data already present in the electric machine 114. The quotients or differences between the temporally monotonous change in the rotational speed n of the electric machine 114 and an oscillation period ΤΒ γ of the internal combustion engine 114 can assume a multiplicity of values. A typical value for a threshold value TGrenz of the quotient is approximately> 50%, ie, the falling edge 126a lasts longer than the rising edge 124a.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schwingungsperiode ΤΒγ der Brennkraftmaschine 1 12 aus der Drehzahl ncen der elektrischen Maschine1 14, insbesondere durch den zeitlichen Abstand zweier direkt benachbarter Maxima der Drehzahl ncen, ermittelt wird. It is particularly advantageous if the oscillation period ΤΒ γ of the internal combustion engine 1 12 from the speed ncen of the electric machine 1 14, in particular by the time interval of two directly adjacent maxima of the speed ncen, is determined.
Im Falle einer Zwangskopplung zwischen der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschinell2, sei es bei inaktivem Freilauf 111 bzw. ohne Freilaufelement 111, ist die Drehzahl nGen der elektrischen Maschine 114 im Wesentlichen identisch mit der Drehzahl ΠΒΚΜ der Brennkraftmaschine 112 multipliziert mit dem Übertragungsverhältnis Üb. Unabhängig davon, ob das Freilaufelement 111 aktiv ist oder nicht, ist die Drehzahl n der Riemenscheibe RS (vgl. Fig. 1) durch n Rs= ΠΒΚΜ * Üb gegeben. Somit kann die Periodendauer ΤΒγ der Drehzahlschwingung anhand von Zeitbereichen ermittelt werden, bei denen sicher keine Freilaufphase PhiFi vorliegt. Dies ist insbesondere im Bereich der Maxima der Drehzahl n, insbesondere im Übergang zwischen ansteigender Flanke 124 und Maxima der Drehzahl n, gegeben. Grundsätzlich versteht sich, dass zu einer Ermittlung der Periodendauer ΤΒγ der Drehzahlschwingung alle Bereiche der Drehzahl n herangezogen werden können, in denen eine Freilaufphase PhFi sicher ausgeschlossen werden kann. Somit kann eine Ermittlung von Freilaufphasen PhFi in vorteilhafter Weise auf Basis von Daten gewährleistet werden, die in der elektrischen Maschine 114 direkt zugänglich sind, ohne dass hierzu externe Daten, beispielsweise Drehzahlwerte n der Brennkraftmaschine 112 eines Motorsteuergeräts 122, bereitgestellt werden müssten. Ferner kann im Schritt E2 bzw. Dz vorgesehen sein, dass die Drehzahl n nur inIn the case of a forced coupling between the electric machine 114 and the internal combustion engine 2, be it in idle freewheel 111 or without freewheeling element 111, the speed nGen of the electric machine 114 is substantially identical to the rotational speed ΠΒΚΜ of the internal combustion engine 112 multiplied by the transmission ratio Ub. Independent Whether the freewheeling element 111 is active or not, the rotational speed n of the pulley RS (see Fig. 1) is given by n Rs = ΠΒΚΜ * Üb. Thus, the period ΤΒ γ of the speed oscillation can be determined based on time ranges in which certainly no free-running phase PhiFi is present. This is in particular in the range of the maxima of the rotational speed n, in particular in the transition between the rising edge 124 and maxima of the rotational speed n. Basically, it is understood that all ranges of the rotational speed n can be used to determine the period ΤΒ γ of the speed oscillation, in which a freewheeling phase PhFi can be safely excluded. Thus, a determination of free-running phases PhFi can advantageously be ensured on the basis of data which are directly accessible in the electric machine 114 without external data, for example speed values n of the internal combustion engine 112 of an engine control unit 122, having to be provided. Furthermore, it can be provided in step E2 or Dz that the rotational speed n only in
Zeitpunkten To - Je ermittelt wird, in denen das Phasensignal 121 eine aufsteigende und/oder eine abfallende Flanke aufweist. Eine Ermittlung der Drehzahl n lediglich in Zeitpunkten der Flanken des Phasensignals 121 ist messtechnisch besonders einfach realisierbar. Durch die Einbeziehung möglichst vieler Flanken in die Drehzahlerfassung kann entsprechend die Auflösung der Drehzahl n erhöht werden. Time points To - Je is determined, in which the phase signal 121 has an ascending and / or falling edge. A determination of the rotational speed n only at times of the edges of the phase signal 121 is particularly easy to implement metrologically. By including as many edges as possible in the speed detection, the resolution of the speed n can be increased accordingly.
Um die bei einer Ermittlung von Freilaufphasen PhFi anfallende Datenmenge erheblich zu reduzieren, muss die Drehzahl nicht an jedem Puls eines Phasensig- nals 121 ermittelt werden. Es sollten jedoch stets so viele Pulse des Phasensignals 121 berücksichtigt werden, dass die entsprechenden Oszillationen in der Drehzahl n hinreichend gut auflösbar, und die Freilaufphasen PhFi damit sicher erkennbar sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich anhand der vorhandenen Messpunkte der Drehzahl n das erste Kriterium K1 und das zweite Kriterium K2 sicher ermitteln lassen bzw. sich die abfallende Flanke 126 der Drehzahl n so gut auflösen lässt, dass sicher auf eine Freilaufphase PhFi geschlossen werden kann. Die Anzahl der hierfür erforderlichen Pulse P des Phasensignals 121 bzw. der Mess- Zeitpunkte der Drehzahl n, Zeitstempel To - Je, ergibt sich aus dem Nyquisttheo- rem. Die jeweiligen Zeitpunkte der Drehzahlerfassung (Zeitstempel To - Je) ergeben sich vorzugsweise durch einen festgelegten Potentialwert Uzs des Phasensignals 121 im Falle einer Phasenspannung oder eines Phasenstroms Izs für den Fall, dass eine Phasenstrom zur Drehzahlermittlung herangezogen wir (nicht dar- gestellt). Dies ist eine besonders einfache und reproduzierbare Möglichkeit die Zeitpunkte einer Drehzahlerfassung festzulegen. Aus der Differenz der benachbarten Zeitstempel To - Je lässt sich eine Momentandrehzahl n ermitteln. In order to considerably reduce the amount of data resulting from a determination of freewheeling phases PhFi, the rotational speed need not be determined on each pulse of a phase signal 121. However, it should always take into account so many pulses of the phase signal 121, that the corresponding oscillations in the rotational speed n sufficiently dissolvable, and the freewheeling phases PhFi are thus reliably recognizable. This is the case, in particular, if the first criterion K1 and the second criterion K2 can be reliably determined on the basis of the existing measuring points of the rotational speed n or if the falling edge 126 of the rotational speed n can be resolved so well that it reliably closes to a freewheeling phase PhFi can be. The number of pulses P required for the phase signal 121 or the measurement times of the rotational speed n, time stamp To-Je, results from the Nyquist theorem. The respective points in time of the speed detection (time stamp To - Je) preferably result from a defined potential value Uzs of the phase signal 121 in the case of a phase voltage or a phase current Izs in the event that a phase current is used for speed determination (not shown). This is a particularly easy and reproducible way Set times of a speed detection. From the difference of the adjacent time stamp To - Je, an instantaneous speed n can be determined.
Die Anzahl der für die Ermittlung von Freilaufphase PhiFi notwendigen Zeitstempel To - Tn ergibt sich aus dem Nyquisttheorem Um darzustellen, dass die Abtastrate des Generators 114 ausreichend ist, um die Drehzahl n 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 Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 ergibt sich die Generatorfrequenz bei inaktivem Freilauf 111, d.h. starrer Kopplung der elektrischen Maschine 114 mit der Brennkraftmaschine 112, bzw. die Frequenz der elektrischen Maschine 114 mit wobei ηκνν die Drehzahl der Brennkraftmaschine 112, PPZ die Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114 und Üb das Übertragungsverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine 112 und der elektrischen Maschine 114 ist. The number of timestamps To - Tn necessary for determining the freewheeling phase PhiFi results from the Nyquist theorem. To illustrate that the sampling rate of the generator 114 is sufficient to correspondingly resolve the rotational speed n and in particular the oscillations superimposed on the rotational speed, the ratios of the corresponding frequencies and aligned with the Nyquist criterion. The Nyquist criterion requires that f e / fmoment> = 2. Based on the speed of the internal combustion engine 112 results in the generator frequency at inactive freewheel 111, ie rigid coupling of the electric machine 114 with the internal combustion engine 112, or the frequency of the electric machine 114 with where ηκνν is the rotational speed of the internal combustion engine 112, PPZ the pole pair number of the electric machine 114 and Üb the transmission ratio between the internal combustion engine 112 and the electric machine 114.
In Kombination mit der Gleichung für fmoment = ηκνν/60 * Zylinderzahl/2 ergibt sich fe/f moment- 2 * Ub * PPZ / Zylinderzahl. In combination with the equation for fmoment = ηκνν / 60 * number of cylinders / 2, the result is f / f torque- 2 * Ub * PPZ / number of cylinders.
Damit ergibt sich beispielsweise für Üb = 3, PPZ = 6, Zylinderzahl = 4, dass der Quotient fe/fmoment = 9 ist. Selbst bei sehr großen Motoren mit großer Anzahl an Zylindern, beispielsweise eines 12-Zylinder-Motors, beträgt das Verhältnis fe/fmoment = 3, wobei auch hier das Nyquist-Abtastkriterium stets erfüllt ist. Thus, for example, for U n = 3, PPZ = 6, number of cylinders = 4, the quotient fe / fmoment = 9 results. Even with very large engines with a large number of cylinders, for example a 12-cylinder engine, the ratio is fe / fmoment = 3, whereby here too the Nyquist sampling criterion is always met.
Durch ein Heranziehen des ersten Kriteriums Kl als notwendiges Kriterium für das Vorliegen einer Freilaufphase PhiFi und dem zweiten Kriterium K2 als hinreichendes Kriterium für eine Freilaufphase PhiFi, kann eine derartige Freilaufphase PhiFi in einem letzten Schritt des Verfahrens sicher und besonders einfach er- kannt werden. In Figur 2 und Figur 3 ist im oberen Bereich der Drehzahlverlauf n Rs der mittels des Riemens 116 angetriebenen Riemenscheibe RS(gestrichelte Linie), der Drehzahlverlauf nGen einer elektrischen Maschine 114 mit Freilaufelement 111 (durchgezogene Linie), die mittlere Drehzahle 123a der elektrischen Maschine 114 (horizontal verlaufende durchgezogene Linie) und die mittlere Drehzahl 123b der durch die Brennkraftmaschine 112 angetriebenen Riemenscheibe RS (horizontal verlaufende gestrichelte Linie), gezeigt. Der Drehzahlverlauf n Rs der Riemenscheibe weist durch die Zwangskopplung mittels des Riemens 116 an die Brennkraftmaschine 112 den charakteristischen, durch die Arbeitstakte der Zylinder der Brennkraftmaschine 112 bedingten, oszillierenden Drehzahlverlauf auf. Die Drehzahl n Rs der Riemenscheibe RS ergibt sich, wie eingangs bereits ausgeführt, als Multiplikation der Drehzahl nßkm der Brennkraftmaschine 112 mit dem Übersetzungsverhältnis Üb des Riementriebs zwischen Brennkraftmaschine 112 und elektrischer Maschine 114. By using the first criterion Kl as a necessary criterion for the existence of a freewheeling phase PhiFi and the second criterion K2 as a sufficient criterion for a freewheeling phase PhiFi, such freewheeling phase PhiFi can be detected in a last step of the method safely and particularly simply. In Figure 2 and Figure 3 is in the upper part of the speed curve n Rs driven by the belt 116 pulley RS (dashed line), the speed curve nGen an electric machine 114 with freewheeling element 111 (solid line), the average speed 123a of the electric machine 114th (horizontal solid line) and the center speed 123b of the driven by the internal combustion engine 112 pulley RS (horizontal dashed line) shown. The speed curve n Rs of the pulley has by the forced coupling means of the belt 116 to the internal combustion engine 112, the characteristic, due to the working cycles of the cylinder of the internal combustion engine 112, oscillating speed curve. The speed n Rs of the pulley RS results, as already stated, as a multiplication of the speed nßkm of the internal combustion engine 112 with the transmission ratio Üb of the belt drive between the internal combustion engine 112 and electric machine 114th
Aufgrund des Freilaufelements 111 der elektrischen Maschine 114 besitzt die elektrische Maschine 114 in den Freilaufphasen PhiFi eine höhere Drehzahl nGen verglichen mit der Drehzahl n Rs der Riemenscheibe RS im selben Zeitintervall. Demnach liegt die dazugehörige mittlere Drehzahl 123a der elektrischen Maschine 114 etwas höher als die mittlere Drehzahl 123b der Riemenscheibe RS. Due to the freewheeling element 111 of the electric machine 114, in the freewheeling phases PhiFi the electric machine 114 has a higher rotational speed nGen compared with the rotational speed n Rs of the pulley RS in the same time interval. Accordingly, the associated average speed 123a of the electric machine 114 is slightly higher than the average speed 123b of the pulley RS.
Die Recheneinheit 118 kann grundsätzlich sowohl die Drehzahl nGen der elektrischen Maschine 114 als auch die Drehzahl nßkm der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 ermitteln, sofern das Übersetzungsverhältnis Üb als bekannt vorausgesetzt wird. Die Drehzahl nGen der elektrischen Maschine 114 kann aus dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden. Grundsätzlich versteht sich jedoch, dass die Drehzahlen nGen, nßkm der elektrischen Maschine 114 und/oder der Brennkraftmaschine 112 alternativ und/oder kumulativ auch auf anderem Wege, beispielsweise anhand eines Drehzahlsensors ermittelt werden können (nicht dargestellt). In principle, the arithmetic unit 118 can determine both the speed nGen of the electric machine 114 and the speed nßkm of the crankshaft 117 of the internal combustion engine 112, provided that the transmission ratio Ub is assumed to be known. The speed nGen of the electric machine 114 can be determined from the phase signal 121 of the electric machine 114. In principle, however, it is understood that the rotational speeds nGen, nßkm of the electric machine 114 and / or the internal combustion engine 112 can alternatively and / or cumulatively by other means, for example by means of a speed sensor can be determined (not shown).
Die Ermittlung des Drehzahlsignals nGen aus dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 ist nachfolgend näher beschrieben. Bei dem Phasensignal 121 handelt es sich vorliegend um eine der Phasenspannungen 121 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 nGen der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. Bei Verwendung von mehr als einer Phasenspannung kann eine entsprechend höhere zeitliche Auflösung des Drehzahlsignals 122 erreicht werden (nicht dargestellt). The determination of the rotational speed signal nGen from the phase signal 121 of the electric machine 114 is described in more detail below. In the present case, the phase signal 121 is one of the phase voltages 121 of the electric machine 114. It is understood that for this purpose in principle any desired phase voltage of one or more phases of the electric machine 114, but also the respective phase currents can be used in order to determine therefrom the speed signal nGen of the electric machine 114. When using more than one phase voltage, a correspondingly higher temporal resolution of the speed signal 122 can be achieved (not shown).
Die Phasenspannung 121 verläuft bei einem Generator mit Stromabgabe in erster Näherung rechteckförmig. Das Signal der Phasenspannung 121 weist Phasenpulse P auf, die jeweils eine mittlere Phasenzeit bzw. Pulsbreite Tphase aufweisen. Diese entspricht der Differenz einem Paar benachbarter Zeitstempel To - Τε, wobei es sich hierbei abhängig von der Anzahl der Gesamtpulse und der aufzulösenden Drehzahl n nicht zwingend um die unmittelbar benachbarten Phasenpulse P handeln muss. Die aktuelle Drehzahl nGen der elektrischen Maschine 114 kann einfach anhand der Pulsbreite Tphase der Pulse P ermittelt werden, wobei sich die Pulsbreite Tphase vorzugsweise an den steilen Flanken der Phasenspannung 121 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. The phase voltage 121 runs in a generator with current output in a first approximation rectangular. The signal of the phase voltage 121 has phase pulses P, each having a mean phase time or pulse width Tphase. This corresponds to the difference between a pair of adjacent time stamps To-Τε, wherein, depending on the number of total pulses and the rotational speed n to be resolved, this does not necessarily have to be the immediately adjacent phase pulses P. The current speed nGen of the electric machine 114 can be determined simply on the basis of the pulse width Tphase of the pulses P, wherein the pulse width Tphase can preferably be determined on the steep edges of the phase voltage 121. 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.
Die Kurbelwellendrehzahl ηκνν bei inaktivem bzw. nicht vorhandenem Freilauf - elektrische Maschine 114 wird durch die Brennkraftmaschine 112 getrieben - ergibt sich aus der Formel: nKW = 60/(T * PPZ * Üb), wobei nkw die Kurbelwellendrehzahl (entspricht vorliegend nßkm) in Umdrehungen pro Minute ist, Üb das Übertragungsverhältnis zwischen Kurbelwelle 117 und Generatorwelle und PPZ die Polpaarzahl des Generators. The crankshaft speed ηκνν with inactive or non-existent freewheeling electric machine 114 is driven by the internal combustion engine 112 - results from the formula: n KW = 60 / (T * PPZ * Ub), where nkw the crankshaft speed (corresponds to nßkm here) in Revolutions per minute, the transmission ratio between crankshaft 117 and generator shaft and PPZ is the number of pole pairs of the generator.
Als durchgezogene Linie ist noch das an der elektrischen Maschine 114 anliegende Gesamtdrehmoment M dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass beim Entkoppeln der elektrischen Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 in den Freilaufphasen PI diese auf ein minimales Plateau abfällt und beim Wiedereingriff der Brennkraftmaschine 112 entsprechend sprunghaft ansteigt. Die Drehzahl kann vorzugsweise anhand des Mittelwerts zwischen jeweils 2 Phasenflanken ermittelt werden. Mittels einer Messung der zeitlichen Abstände Tphase der Amplituden in dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114, kann, wie bereits beschrieben, auch die Momentandrehzahl ηκνν bei inaktivem bzw. nicht vorhandenem Freilauf 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 Peakdreh- zahlen (lokale Minima und/oder Maxima) im jeweils erfassten Zeitbereich. As a solid line, the applied to the electric machine 114 total torque M is still shown, it can be seen that when decoupling the electric machine 114 of the internal combustion engine 112 in the freewheeling phases PI this falls to a minimum plateau and the reengage of the internal combustion engine 112 accordingly leaps and bounds increases. The speed can preferably be determined on the basis of the mean value between in each case 2 phase edges. 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 ηκνν can also be determined when the freewheel is inactive or not present. If parameters such as number of cylinders, transmission ratio and number of pole pairs of the electric machine 114 are known in the detected period, 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 (local minima and / or maxima) in the respectively recorded time range.
Die Differenz zwischen diesen Drehzahlen n ist ein Maß für das durch die Brennkraftmaschine 112 abgegebene Drehmoment M. Zur genauen Ermittlung von Tphase ist es vorteilhaft, eine hohe zeitliche Auflösung um den Mittelwert von Tphase zu gewährleisten. Hierbei kann, sofern erforderlich, für eine bessere Auflösung die Drehzahl auf Basis der ansteigenden 126 und abfallenden Flanken 124 (vgl. Figur 2 oder 3) der Phasenspannung 121 ermittelt werden. Für eine Reduzierung der bei einer Ermittlung von Freilaufphase PhFi anfallenden Datenmenge kann jedoch, unter Berücksichtigung des Nyquistkriteriums (s.o.), auf die Ermittlung einzelner Phasenpulse verzichtet werden, um den Speicher zu entlasten. Im Speicher können grundsätzlich beliebig viele Drehzahlwerte n erfasst werden, wobei jedoch etwa ein ganzer Zyklus einer Schwingung für eine Auswertung erfasst werden sollte. Wie bereits ausgeführt, können zur noch genaueren Drehzahlermittlung auch mehrere Zyklen der Drehzahlschwingung erfasst werden. The difference between these rotational speeds n is a measure of the torque M. emitted by the internal combustion engine 112. In order to accurately determine phase T, it is advantageous to ensure a high temporal resolution about the mean value of phase T. In this case, if necessary, for a better resolution, the rotational speed can be determined on the basis of the ascending 126 and falling flanks 124 (see FIG. 2 or 3) of the phase voltage 121. However, taking into account the Nyquist criterion (see above), it is possible to dispense with the determination of individual phase pulses in order to relieve the memory in order to reduce the amount of data resulting from a determination of freewheeling phase PhFi. In principle, any desired number of rotational speed values n can be detected in the memory, although approximately one complete cycle of a vibration should be recorded for an evaluation. As already stated, several cycles of the speed oscillation can be detected for even more accurate speed determination.
Ist mittels der zuvor beschriebenen Verfahren das prinzipielle Vorhandensein von Freilaufphasen PhFi erst einmal nachgewiesen, so lässt sich der konkrete Zeitbereich der Freilaufphasen PhFi in den Zeitbereichen abfallender Flanken 126 der Drehzahl n lokalisieren. Grundsätzlich versteht sich, dass die in den Abbildungen angegebenen physikalischen Größen in erster Linie der qualitativen Beschreibung der Erfindung dienen und im Hinblick auf eine jeweils verwendete Brennkraftmaschine 112 bzw. elektrische Maschine 114 entsprechend skalierbar sind. In den Figuren 4 und 5 sind die Drehzahlverläufe n Rs und nGen der Riemenscheibe RS und der elektrischen Maschine 114 mit Freilauf 111 exemplarisch für verschiedene Drehzahlen n Rs der Riemenscheibe RS - Figur 4 bei 1.800 rpm und in Figur 5 bei 18.000 rpm - über einen Zeitraum von 50 ms dargestellt. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass der Betrag der Differenz des Minimalwerts nmin und des Maximalwerts nmax und damit auch der Schwellwert nGrenz stark von der mitt¬ leren Drehzahl 123a der elektrischen Maschine 114 abhängen. Da die Zeit ΤΒΓ (vgl. Figur 2) linear von der mittleren Drehzahl 123a der elektrischen Maschine 114 abhängt, steigt mit der Generatordrehzahl nGen auch die Frequenz 1/Tßr. So¬ mit ergibt sich, dass die Zeitdauer der Freilaufphasen PhiFi sich verkürzt und damit der Betrag des Absolutwerts nmax - nmin, der notwendig ist, um eine Freilauf¬ phase PhiFi zu erreichen, reduziert wird. If the basic presence of freewheeling phases PhFi has been proven by means of the methods described above, then the concrete time range of the freewheeling phases PhFi can be localized in the time ranges of falling edges 126 of the rotational speed n. In principle, it is understood that the physical quantities indicated in the figures primarily serve the qualitative description of the invention and are correspondingly scalable with respect to an respectively used internal combustion engine 112 or electric machine 114. In Figures 4 and 5, the speed curves n Rs and nGen the pulley RS and the electric machine 114 with freewheel 111 are exemplary of different speeds n Rs the pulley RS - Figure 4 at 1,800 rpm and in Figure 5 at 18,000 rpm - over a period represented by 50 ms. It should be clearly recognized that the amount of the difference of the minimum value m in n and the maximum value n ma x, and thus the threshold value nlimit depend strongly on the mitt ¬ sized 123a speed of the electrical machine 114th Since the time ΤΒ Γ (see Figure 2) depends linearly on the average speed 123a of the electric machine 114, with the generator speed nGen also increases the frequency 1 / Tßr. So with ¬ a result, the time duration of the freewheeling phases PhiFi shortened and thus the magnitude of the absolute value of n ma x - n m in which is necessary in order to achieve a free-wheeling phase ¬ PhiFi is reduced.
Figur 4 zeigt die Verhältnisse bei niedrigen Drehzahlen. Um eine Freilaufphase PhiFi zu erzeugen muss der Absolutwert der maximal auftretenden Steigung, also des Gradienten einer abfallenden Flanke 126b im Drehzahlverlauf n Rs der Riemenscheibe RS, größer sein als die Steigung der Generatordrehzahl nGen im Zeitbereich einer Freilaufphase PhiFi . Ähnliches gilt für Figur 5. Nachdem die Figure 4 shows the conditions at low speeds. In order to generate a freewheeling phase PhiFi, the absolute value of the maximum occurring gradient, ie the gradient of a falling edge 126b in the speed curve n Rs of the pulley RS, must be greater than the slope of the generator rotational speed nGen in the time range of a freewheeling phase PhiFi. The same applies to Figure 5. After the
Schwingfrequenz fmoment aufgrund des Drehzahlunterschieds um den Faktor 10 variiert, variiert auch die auftretende maximale negative Steigung der abfallenden Flanke 126b im Drehzahlverlauf n Rs der Riemenscheibe RS um den Faktor 10. Desweiteren ist die Zeit eines aktiven Freilaufs bei hohen Drehzahlen deutlich kürzer als bei niedrigen Drehzahlen. Die Differenz nmax - nmin kann also nicht ähn¬ lich hohe Werte annehmen, wie bei niedrigen Drehzahlen (vgl. Figur 4). Daher ist vorzusehen, dass das Kriterium 1 (Bestimmung des Betrags des Absolutwerts nmax - nmin) von der mittleren Drehzahl 123a der elektrischen Maschine 114 ab¬ hängig ist. Oscillation frequency f moment due to the speed difference varies by a factor of 10, the occurring maximum negative slope of the falling edge 126b in the speed curve n Rs of the pulley RS by a factor of 10. Furthermore, the time of an active freewheel at high speeds significantly shorter than at low speeds , The difference n ma x - n m in so can not accept similarity ¬ Lich high values, such as at low speeds (see Figure. 4). Therefore, provided that the criterion 1 (Determination of the amount of the absolute value ma n x - n m) of the average rotational speed 123a of the electrical machine 114 is from ¬ pending.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Ermitteln von Freilaufphasen (PhFi) einer mit einem Freilauf (111) an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114), aufweisend die Schritte: A method of determining free-wheeling phases (PhFi) of an electric machine (114) coupled to a freewheel (111) to an internal combustion engine (112), comprising the steps of:
a) Erfassen eines zeitlichen Verlaufs eines Phasensignals (121) der elektrischen Maschine (114);  a) detecting a time course of a phase signal (121) of the electric machine (114);
b) Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs zumindest einer Drehzahl (n) aus dem Phasensignal (121);  b) determining a time profile of at least one rotational speed (n) from the phase signal (121);
c) Ermitteln zumindest einer Freilaufphase (Ph.Fi) der elektrischen Maschine (114) aus der Drehzahl (n) durch Heranziehen eines ersten Kriteriums (Kl) und eines zweiten Kriteriums (K2), wobei das erste Kriterium (Kl) zur Identifizierung einer oszillierenden Drehzahlschwingung im zeitlichen Verlauf der Drehzahl (n) dient und das zweite Kriterium (K2) zur Identifizierung einer für eine Freilaufphase (Ph.Fi) charakteristischen zeitlichen Änderung (TAbfaii) der Drehzahl (n) dient.  c) determining at least one freewheeling phase (Ph.Fi) of the electric machine (114) from the rotational speed (n) by using a first criterion (Kl) and a second criterion (K2), the first criterion (Kl) for identifying an oscillating Speed oscillation in the time course of the speed (n) is used and the second criterion (K2) for identifying a characteristic of a freewheeling phase (Ph.Fi) temporal change (TAbfaii) of the speed (n) is used.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14) und/oder die Drehzahl (nßkm) der Brennkraftmaschine (1 12) ermittelt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the speed (ncen) of the electric machine (1 14) and / or the speed (nß k m) of the internal combustion engine (1 12) are determined.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) nur in Zeitpunkten (To-Tn) ermittelt wird, in denen das Phasensignal (121) eine aufsteigende und/oder eine abfallende Flanke aufweist, wobei die jeweiligen Zeitpunkte (To-Tn) vorzugsweise durch einen festgelegten Potentialwert (Uzs) oder Stromwert (Izs) des Phasensignals (121) gegeben sind. 3. The method according to claim 2, characterized in that the rotational speed (n) is determined only at times (To-T n ), in which the phase signal (121) has an ascending and / or a falling edge, wherein the respective times ( To-T n ) are preferably given by a defined potential value (Uzs) or current value (Izs) of the phase signal (121).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kriterium (K1) anhand eines Minimalwerts (nmin) und eines Maximalwerts (rrimax) der Drehzahl (n) festgelegt wird, wobei vorzugsweise der Betrag der Differenz des Minimalwerts (nmin) und des Maximalwerts (mmax) größer als ein Schwellwert (nGrenz) ist. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first criterion (K1) based on a minimum value (n m in) and a maximum value (rrimax) of the rotational speed (n) is set, preferably the amount of the difference of Minimum value (n m in) and the maximum value (m ma x) is greater than a threshold (nGrenz).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (ncrenz) drehzahlabhängig festgelegt wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the threshold value (threshold) is determined as a function of the speed.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kriterium (K2) anhand einer Relation zwischen der zeitlichen Änderung (TAbfaii) der Drehzahl (n) und einer Schwingungsperiode (ΤΒΓ) der Brennkraftmaschine (1 12) ermittelt wird. Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the second criterion (K2) is determined on the basis of a relation between the time change (TAbfaii) of the rotational speed (n) and an oscillation period (ΤΒΓ) of the internal combustion engine (12).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient der zeitlich monotonen Änderung (TAbfaii) der Drehzahl (n) und einer Schwingungsperiode (Tßr) größer als ein Schwellwert (Qorenz) ist und/oder der Betrag der Differenz der zeitlich monotonen Änderung (TAbfaii) der Drehzahl (n) und einer Schwingungsperiode (Tßr) größer als ein weiterer Schwellwert (TGrenz) ist. A method according to claim 6, characterized in that the quotient of the temporally monotonous change (TAbfaii) of the rotational speed (n) and a period of oscillation (Tßr) is greater than a threshold value (Qorenz) and / or the amount of the difference of the temporally monotonous change (TAbfaii ) of the rotational speed (n) and one oscillation period (Tβr) is greater than a further threshold value (threshold).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsperiode (Tßr) der Brennkraftmaschine (1 12) aus der Drehzahl (n) der elektrischen Maschine (114), insbesondere durch den zeitlichen Abstand zweier direkt benachbarter Maxima der Drehzahl (n), ermittelt wird. A method according to claim 6 or 7, characterized in that the oscillation period (Tβr) of the internal combustion engine (1 12) from the rotational speed (n) of the electric machine (114), in particular by the time interval between two directly adjacent maxima of the rotational speed (n), is determined.
Recheneinheit (118), insbesondere Regler (120) für eine elektrische Maschine (1 14), die durch ein auf einem Speicher gespeicherten Computerprogramm dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. Arithmetic unit (118), in particular controller (120) for an electrical machine (1 14), which is set up by a computer program stored on a memory to carry out a method according to one of the preceding claims.
10. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (118) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (118) ausgeführt wird. A computer program that causes a computing unit (118) to perform a method as claimed in any one of the preceding claims when executed on the computing unit (118).
1 1. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10. 1 1. A machine-readable storage medium with a computer program stored thereon according to claim 10.
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