EP3724987A1

EP3724987A1 - Verfahren zur bestimmung eines polradwinkels einer elektrischen maschine in einem kraftfahrzeug

Info

Publication number: EP3724987A1
Application number: EP18811524.0A
Authority: EP
Inventors: Bastian Reineke; Jonathan Mueller; Wolfgang Fischer; Stefan Grodde
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-10-21
Also published as: WO2019115238A1; CN111434025B; CN111434025A; DE102017222842A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels (θ) einer elektrischen Maschine (30), welche einen Rotor (32) und einen Stator (33), mit zumindest einer Phasenwicklung (U, V, W) aufweist, wobei der elektrischen Maschine (30) ein schaltender Laderegler (LR) zugeordnet ist, der zur Regelung der elektrischen Maschine (30) und Beaufschlagung eines elektrischen Speichers (S) mit elektrischer Energie eingerichtet ist, wobei der Laderegler (LR) einen ersten Schaltzustand (S1) aufweist, in dem der elektrischen Speicher (S) mit elektrischer Energie beaufschlagt wird, und einen weiteren Schaltzustand (S2) aufweist, in dem die Beaufschlagung des elektrischen Speichers (S) mit elektrischer Energie zumindest teilweise unterbunden wird, wobei der Polradwinkel (θ) im ersten Schaltzustand (S1) mittels einer ersten Bestimmungsvorschrift (K1) und im weiteren Schaltzustand (S2) mittels einer weiteren Bestimmungsvorschrift (K2) ermittelt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Recheneinheit, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung

Titel

Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Polradwin kels einer elektrischen Maschine, welche einen Rotor und einen Stator, mit zu mindest einer Phasenwicklung aufweist, wobei der elektrischen Maschine ein schaltender Laderegler zugeordnet ist, der zur Regelung der elektrischen Ma schine und Beaufschlagung eines elektrischen Speichers mit elektrischer Energie eingerichtet ist.

Stand der Technik

Die Drehwinkelposition und die Drehzahl der Kurbelwelle einer Brennkraftma schine sind wesentliche Eingangsgrößen für viele Funktionen der elektronischen Motorsteuerung. Zu ihrer Ermittlung, können auf einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine rotierenden Körper in gleichen Winkelabständen Markierun gen vorgesehen sein. Das Vorbeistreichen einer Markierung infolge der Kurbel wellendrehung, kann durch einen Sensor erfasst und als elektrisches Signal an eine Auswertelektronik weitergegeben werden.

Diese Elektronik bestimmt für die jeweilige Drehwinkelposition der Kurbelwelle, das jeweils hierfür hinterlegte Signal für die Markierung bzw. misst eine Zeitdiffe renz zwischen zwei Markierungen und kann aufgrund des bekannten Winkelab stands zweier Markierungen zueinander, die Winkelgeschwindigkeit und daraus die Drehzahl ermitteln. Bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Motorrädern, Mopeds oder Krafträdern, können die Markierungen beispielweise durch Zähne eines me tallischen Zahnrads, eines sogenannten Geberrads, bereitgestellt werden, wel che durch ihre Bewegung in dem Sensor eine Änderung des Magnetfelds bewir ken. Eine Lücke von einigen Zähnen kann als Bezugsmarke zur Erkennung der absoluten Position dienen. Während bei Pkws zumeist 60-2 Zähne verwendet werden (gleichmäßige Vertei lung von 60 Zähnen, wobei zwei ausgespart bleiben), kommt bei Motor- bzw. Krafträdern beispielweise auch 36-2, 24-2 oder 12-3 Zähne zum Einsatz. Bei die sem indirekten Prinzip der Drehgeschwindigkeitsbestimmung bzw. Drehwinkelpo sitionsbestimmung der Kurbelwelle, wird die Auflösung des Drehzahlsignals bzw. die absolute Erfassung der Drehwinkelposition durch die Anzahl der Zähne und durch eine sichere Erkennung der Bezugsmarke bestimmt.

Bei jedem modernen Fahrzeug mit Brennkraftmaschine, ist ein Generator ver baut, der durch die Drehung der Kurbelwelle angetrieben wird und elektrische Signale liefert, die zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie und dem Aufladen der Fahrzeugbatterie dienen. Der vorgesehene Betrieb eines Fahr zeugs ohne diesen Generator, ist nicht oder nur für kurze Zeit möglich. Zur Rege lung der Batteriespannung wird ein Regler verwendet. Da für viele Motor- bzw. Krafträder der Generator permanenterregt ausgeführt ist, kann dessen Erregung zur Regelung der Batteriespannung nicht, wie bei Pkws häufig üblich, verändert werden. Stattdessen regelt der Regler z.B. durch Kurzschließen der Phasen der elektrischen Maschine, die Batteriespannung auf einen Sollwert ein. Der zuvor beschriebene Generator wird typischerweise kumulativ zu den oben beschriebe nen Sensoren zur Drehzahlerfassung bzw. zur Erfassung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle verwendet.

Die exakte Drehwinkellage des Rotors einer unbelasteten elektrischen Maschine ist direkt aus der Leerlaufspannung der elektrischen Maschine ablesbar, da die relative Phasenlage der Leerlaufspannung mit der Drehwinkellage des Rotors übereinstimmt. Bei einer belasteten Maschine ist die exakte Drehwinkellage des Rotors nur durch zusätzliche Berücksichtigung des Polradwinkels ermittelbar. So mit ist eine exakte Ermittlung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle aus Signa len der elektrischen Maschine nur dann möglich, wenn der Polradwinkel eben falls mit hinreichender Genauigkeit ermittelbar ist. Dies ist bei einer belasteten elektrischen Maschine nicht ohne weiteres möglich. Zudem kann eine entspre chende Spannungsregelung, insbesondere eine schaltende Spannungsregelung, bei der zumindest eine der Phasen kurzgeschlossen wird, eine Ermittlung des Polradwinkels zusätzlich erschweren.

Ferner ist auch die Nutzung der elektrischen Ausgangsgrößen einer über die Kurbelwelle angetriebenen elektrischen Maschine zur Drehzahlbestimmung aus der EP 0 664 887 Bl bekannt. Hierzu wird eine Phase des Generators als Refe renz zur Verfügung gestellt, an welcher eine pulsierende Gleichspannung anliegt. Eine derartige Anordnung kann zudem dafür herangezogen werden, anhand der jeweiligen Phasensignale auch eine Abschätzung der Drehwinkelposition des Rotors der elektrischen Maschine und dadurch auch eine Drehwinkelposition der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu ermitteln, die jeweils direkt oder über setzt miteinander gekoppelt sind.

Eine entsprechende Spannungsregelung, die die elektrischen Ausgangsgrößen der elektrischen Maschine zumindest während der Schaltphasen des Span nungsreglers beeinflusst, wie Sie beispielsweise bei Krafträdern im Rahmen ei ner Kurzschlussregelung üblich ist, wäre hierbei ungeeignet, da hierdurch die charakteristischen Signale für eine Bestimmung der Drehzahl bzw. der Drehwin kelposition der Welle nicht verlässlich für eine Ermittlung der Drehzahl oder der Drehwinkellage des Rotors heranziehbar sind. Zudem ist eine hochaufgelöste Drehzahlbestimmung bzw. eine hochaufgelöste Bestimmung der Drehwinkelposi tion der Kurbelwelle bzw. des Rotors der elektrischen Maschine hierbei nicht rea lisiert.

Es wäre daher wünschenswert eine Möglichkeit anzugeben, bei einer elektri schen Maschine mit schaltendem Spannungsregler über die Schaltzustände hin weg den Polradwinkel der elektrischen Maschine zu ermitteln.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprü che sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vorteile der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels einer elektrischen Maschine, welche einen Rotor und einen Stator, mit zumindest einer Phasenwicklung aufweist, wobei der elektrischen Maschine ein schaltender Laderegler zugeordnet ist, der zur Regelung der elektrischen Maschine und Be aufschlagung eines elektrischen Speichers mit elektrischer Energie eingerichtet ist. Der Laderegler weist einen ersten Schaltzustand auf, in dem der elektrische Speicher mit elektrischer Energie beaufschlagt wird und der Laderegler weist fer ner einen weiteren Schaltzustand auf, in dem die Beaufschlagung des elektri schen Speichers mit elektrischer Energie zumindest teilweise unterbunden wird, vorzugsweise vollständig unterbunden wird, wobei der Polradwinkel im ersten Schaltzustand mittels einer ersten Bestimmungsvorschrift und im weiteren Schaltzustand mittels einer weiteren Bestimmungsvorschrift ermittelt wird. Die Zuordnung des Ladereglers kann grundsätzlich im Rahmen der Erfindung in der Gestalt vorgenommen werden, dass der Laderegler unmittelbar der elektrischen Maschine zugeordnet ist, jedoch kann der Laderegler auch extern in einer geson derten Einheit, insbesondere einem Motorsteuergerät zugeordnet oder in dieser integriert sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch einen Rückgriff auf unterschiedliche Bestimmungsvorschriften für die jeweiligen Schaltzustände des Ladezustands (Laden oder nicht Laden) eine Polradwinkelermittlung zumindest zeitlich abschnittsweise vorgenommen werden kann, da entsprechend die Be stimmungsvorschrift auf die jeweils vorliegenden Systemparameter, die zur Er mittlung des Polradwinkels herangezogen werden, angepasst werden kann. Die Bestimmungsvorschrift umfasst entweder eine modellbasierte Bestimmungsvor schrift zur Ermittlung des Polradwinkels, bei der entsprechend auf Systempara meter der elektrischen Maschine für unterschiedliche Betriebsbedingungen zu rückgegriffen werden kann. Beispielsweise können hier der Innenwiderstand und die Spuleninduktivität der elektrischen Maschine, sowie deren Verhalten der ide alen Leerlaufspannung oder der Ausgangsspannung als Systemparameter ver wendet werden. Diese können vorzugsweise im Rahmen von Kennfeldern für die Ermittlung des Polradwinkels entweder im Laderegler oder in einem übergeord neten Steuergerät hinterlegt sein. Das zuvor beschriebene Verfahren hat somit den Vorteil, dass trotz eines schaltenden Eingriffs des Spannungsreglers bzw. Ladereglers, der die Beaufschlagung des Speichers mit elektrischer Energie durch entsprechende Schalt- oder Regeleingriffe an der elektrischen Maschine regelt, der Polradwinkel im laufenden Betrieb der elektrischen Maschine im We sentlichen kontinuierlich ermittelbar ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird im ersten Schaltzustand die elektrische Maschine derart betätigt, dass der elektrische Speicher mit elektri scher Energie beaufschlagt wird, wobei im weiteren Schaltzustand die elektrische Maschine derart betätigt, dass der Stromfluss von der elektrischen Maschine in den elektrischen Speicher durch Kurzschließen zumindest einer der Phasenwick lungen oder durch Stromfreistellen zumindest einer der Phasenwicklungen ohne Last geregelt wird, vorzugsweise unterbunden wird. Insbesondere eine Regelung des elektrischen Speichers mittels Kurzschluss zumindest einer der Phasen bzw. Stromfreistellen der jeweiligen Phasen ist besonders vorteilhaft, da sich dies be sonders einfach und kostengünstig implementieren lässt. Derartige Regelungen finden insbesondere Einsatz bei motorisierten Zweiräder, insbesondere bei kos tengünstigen motorisierten Zweirädern, da hier die zuvor genannten Vorteile eine besonders große Rolle spielen. Insbesondere die Kurzschlussregelung ist hierbei besonders verbreitet, was den Nachteil hat, dass die Kurschlussregelung als sol che die Phasensignale der elektrischen Maschine besonders stark beeinflusst, was eine Ermittlung des Polradwinkels aus den Phasensignalen besonders er schwert.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird im Rahmen der ersten Bestimmungsvorschrift der Polradwinkel auf Basis eines nummeri schen Models und/oder auf Basis eines Kennfelds und/oder im Rahmen der wei teren Bestimmungsvorschrift der Polradwinkel auf Basis eines weiteren nummeri schen Models und/oder auf Basis eines weiteren Kennfelds ermittelt. Grundsätz lich kann die Bestimmungsvorschrift im Rahmen eines nummerischen Modells, das auf globale Maschinengrößen zurückgreift oder auf eine Kombination eines nummerischen Models, das auf ein Kennfeld zurückgreift, indem mehrere Ma schinengrößen hinterlegt sind, umgesetzt werden. Das Kennfeld umfasst hierbei den Polradwinkel abhängig von entsprechenden Parameter wie z. B. der Dreh zahl oder der Ausgangsspannung des Generators. Es kann jedoch auch bevor zugt sein, entsprechende Maschinengrößen, wie z. B. die Ausgangsspannung des Generators in Abhängigkeit der Drehzahl bzw. der Flankenzeiten zwischen den Flanken zumindest eines Phasensignals zu erfassen und diese in dem Kennfeld zur Weiterbenutzung in dem nummerischen Model zu hinterlegen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird bei der ersten Bestimmungsvorschrift die Spannung des elektrischen Speichers bei der Ermitt lung des Polradwinkels der elektrischen Maschine berücksichtigt. Insbesondere bei einer Verwendung von Kennfeldern, in denen entsprechende Maschinenpara meter der elektrischen Maschine für die Ermittlung des Polradwinkels hinterlegt sind, kann die Batteriespannung bei der Ermittlung des Polradwinkels herange zogen werden. Grundsätzlich ist die Batteriespannung nur näherungsweise als konstant zu betrachten, weswegen sie tatsächlich bei der Ermittlung des Polrad winkels relevant sein kann. Je nach Betriebspunkt können Schwankungen oder Niveausenkungen auftreten. Da die Betriebsspannung in der Regel kontinuierlich in einem übergeordneten Steuergerät gemessen wird, können diese Veränderun gen erkannt und entsprechend bei der Ermittlung des Polradwinkels berücksich tigt werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Polradwinkelkennlinie bzw. für mehrere Parameter ein entsprechendes Kennfeld für den Batterieladebetrieb im ersten Schaltzustand, insbesondere durch einen von der Batteriespannung abhängigen Offset- Parameter, korrigiert werden. Auch weitere Korrekturen der Kennlinie bzw. der jeweiligen Kennfelder wie z. B. eine Verkippung, Dehnung o- der Stauchung oder andere Deformationen der Kennlinie bzw. es Kennfelds sind grundsätzlich möglich.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden innerhalb einer Zeitdauer nach einer Beschaltung der elektrischen Maschine im Rahmen des ersten Schaltzustands und/oder nach einer Beschaltung der elektrischen Ma schine im Rahmen des weiteren Schaltzustands, die durch die Beschaltung be wirkten dynamischen Einschwingvorgänge im zeitlichen Verlauf zumindest einer der der Ermittlung des Polradwinkels zugrunde liegenden Maschinengrößen der elektrischen Maschine, bei der Ermittlung des Polradwinkels der elektrischen Ma schine berücksichtigt. Durch eine Beschaltung der elektrischen Maschine zur Re gelung der Spannung werden insbesondere nach einem entsprechenden Schalt vorgang entsprechende transiente Zustände mit zeitlich großer dynamischer Va riation erzeugt, die innerhalb einer für die Maschine charakteristischen Zeitdauer mittels Einschwingvorgänge in einen im Wesentlichen stationären Zustand zu rückfinden. Sind nun entsprechende Maschinenparameter der elektrischen Ma schine wie z. B. der Ausgangsspannung des Generators der Drehzahl usw. einer derartigen Dynamik unterworfen, pflanzt sich diese Dynamik in die Ermittlung des Polradwinkels fort, was potentiell zu entsprechenden Fehlerquellen führt. Diese können entsprechend berücksichtigt werden, um insbesondere den Polradwinkel auch während der charakteristischen Zeitdauer nach einem Umschalten von dem ersten in den zweiten Schaltzustand bzw. umgekehrt bei der Ermittlung des Pol radwinkels zu berücksichtigen. Dies ist besonders vorteilhaft, da nun auch Nicht gleichgewichtszustände bei der Ermittlung des Polradwinkels berücksichtigt wer den können, und somit die Ermittlung des Polradwinkels noch präziser und in je dem Betriebspunkt der elektrischen Maschine möglich ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die dynami schen Einschwingvorgänge im zeitlichen Verlauf des Polradwinkels derart cha rakterisiert, dass Amplituden des Polradwinkels und/oder Betriebsparameter der elektrischen Maschine innerhalb der Zeitdauer eines dynamischen Einschwing vorgangs bestimmt und als Maß für die Berücksichtigung der dynamischen Ein schwingvorgänge bei der Ermittlung des Polradwinkels herangezogen werden. Insbesondere die Amplituden der zeitlichen Dynamik des Polradwinkels innerhalb der dynamischen Einschwingvorgänge können als Maß dafür herangezogen wer den, ob während der Zeitdauer der dynamischen Einschwingvorgänge eine ent sprechende Korrektur vorgenommen wird oder nicht. Dies kann insbesondere auf Basis einer Schwellwertregelung geschehen, bei der ein unterer Schwellwert für die Amplitude der Polradwinkelschwankung innerhalb des dynamischen Zeitbe reichs zugrunde gelegt werden, wobei unterhalb des Schwellwerts keine Anpas sung vorgenommen wird bzw. oberhalb des Schwellwerts eine entsprechende Korrektur des Polradwinkels im Zeitbereich der dynamischen Einschwingvor gänge erfolgt. Sind die Auswirkungen der dynamischen Einschwingvorgänge zu groß, d. h. sind insbesondere die Amplituden oberhalb eines gewissen Schwell wertes, können diese als Applikationsgrößen hinterlegt werden und entspre chend für die Berechnungen des Polradwinkels nach den Schaltvorgängen ange wendet werden. Eine Bestimmung der Applikationsgrößen kann insbesondere mittels Referenzmessung oder geeigneter Simulationsmodelle erfolgen. Zudem können je nach Einfluss von Drehzahlgradienten auf die Applizierbarkeit von ent sprechenden Korrekturen die Schaltvorgänge an geeigneten Stellen im Arbeits spiel einer die elektrische Maschine antreibenden Brennkraftmaschine, z. B. bei möglichst flachem Drehzahlverlauf, platziert werden. Ein flacher Drehzahlverlauf ist entsprechend ein Drehzahlverlauf mit möglichst geringem Gradienten.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung können die Schaltvorgänge, insbe sondere die Schaltvorgänge, die ein Unterbinden des Stromflusses von der elektrischen Maschine in den elektrischen Speicher zur Folge haben, abhängig von zumindest einer Drehwinkellage des Rotors durchgeführt werden. Eine der artige Maßnahme hat den Vorteil, dass die Beschaltung der elektrischen Ma schine zur Spannungsregelung des elektrischen Speichers und eine entspre chende Heranziehung von Maschinenparametern zur Ermittlung des Polradwin kels stets zeitlich versetzt durchgeführt werden, wodurch entsprechend unter Be rücksichtigung zeitlicher Mindestabstände zu den Schaltvorgängen, um etwaige Einschwingvorgänge zu gewährleisten, eine ungestörte Ermittlung des Polrad winkels aus dem Maschinenparametern möglich ist. Ferner kann bevorzugt sein die Schaltzustände in Bereichen mit geringer Drehzahldynamik zu platzieren. Al ternativ kann auch vorgesehen sein, dass Schaltvorgänge direkt nach Auftreten von Signalflanken und/oder Nulldurchgängen zumindest eines Phasensignals platziert werden können, damit die Dynamik im Verlauf der Messgrößen, die für die Ermittlung des Polradwinkels herangezogen werden, bestmöglich abklingt, bis im Verlauf die nächste Flanke im jeweiligen Phasensignal folgt.

Im Übrigen kann auch je nach Art und Umfang der Amplituden bzw. deren Amplitudenhöhe auch Art und Umfang einer etwaigen Korrektur im Zeitbereich der dynamischen Einschwingvorgänge bei einer Korrektur eines zu ermittelten Polradwinkels erfolgen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens weist das Kennfeld oder das weitere Kennfeld als Bezugsgrößen zumindest den Polradwinkel, die Ausgangsspannung der elektrischen Maschine und die Drehzahl oder die Zeit zwischen zwei Flanken zumindest eines Phasensignals auf. Grundsätzlich kön nen alle Maschinenparameter, die für eine Ermittlung des Polradwinkels relevant sind, und die davon abhängigen Parameter in einem entsprechenden Kennfeld hinterlegt werden, um hieraus abhängig von den jeweiligen Betriebsparametern der elektrischen Maschine den Polradwinkel möglichst exakt ermitteln zu können.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird zumindest ein in zumindest einem der Kennfelder hinterlegter Wert für den Polradwinkel in einer ersten Umdrehung des Rotors herangezogen und dieser Wert durch einen auf Basis von Messungen ermittelten Wert des Polradwinkels innerhalb der Zeit dauer der dynamischen Einschwingvorgänge korrigiert, wobei der korrigierte Pol radwinkel in einer weiteren Umdrehung des Rotors, insbesondere im Zeitbereich weiterer dynamischer Einschwingvorgänge, genutzt wird. Alternativ oder kumu lativ zur Verwendung von entsprechenden Korrekturtermen zur Korrektur des Polradwinkels insbesondere im Zeitbereich von dynamischen Einschwingvorgän gen, kann auch ein Lernen derartiger Korrekturterme im Betrieb der elektrischen Maschine erfolgen. Hierzu wird aus Messgrößen der elektrischen Maschine und ihrem zeitlichen Verlauf vor dem Schaltvorgangzwischen dem ersten Schaltzu stand und dem weiteren Schaltzustand bzw. umgekehrt, über diesen hinaus extrapoliert und dabei die entsprechende Kennlinie bzw. das Kennfeld des Pol radwinkels verwendet. Die Abweichung des extrapolierten Wertes zu den gemes senen Werten nach dem Schaltvorgang kann in einem etwaigen Korrekturterm berücksichtigt werden und für eine weitere Verwendung einer weiteren Umdre hung des Rotors zur Ermittlung des Polradwinkels hinterlegt werden. Eine derar tige Ausgestaltung ist vorteilhaft, da die entsprechenden Maschinenparameter die mitunter auch entsprechenden Schwankungen und Degradationseffekten im Laufe der Zeit unterliegen, bei einer Ermittlung des Polradwinkels im laufenden Betrieb als Lernfunktion herangezogen werden können. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann kumulativ oder alternativ zum Heranziehendes zeitlichen Verlaufs der Messgrößen der elektri schen Maschine vor einem Schaltvorgang zur Extrapolation und der darauf ba sierenden Bestimmung der Korrekturfaktoren auch der ungestörte Verlauf der elektrischen Größen in einem gleichen oder bezüglich des Polradwinkelverlaufs vergleichbaren Betriebspunkt gelernt werden, in dem kein Schaltvorgang auftritt. Aus dem Vergleich des ungestörten - zumindest durch einen der Schaltvorgänge nicht gestörten - Verlaufs mit dem Verlauf der elektrischen Größen nach dem Schaltvorgang und der Verwendung der entsprechenden Kennlinien bzw. der Kennfelder des Polradwinkels können ebenfalls Korrekturfaktoren ermittelt wer den. Eine derartige Ausgestaltung ist ebenfalls vorteilhaft, da die entsprechenden Betriebs- bzw. Maschinenparameter, die mitunter auch entsprechenden Schwan kungen und Degradationseffekten im Laufe der Zeit unterliegen, bei einer Ermitt lung des Polradwinkels im laufenden Betrieb als Lernfunktion herangezogen wer den können.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Polradwinkel zur Ermittlung der Drehwinkellage des Rotors herangezogen. Um eine entspre chende Drehwinkellage des Rotors sicher aus den Signalen einer elektrischen Maschine abzuleiten, ist es erforderlich, eine entsprechend exakte Ermittlung des Polradwinkels zu den jeweiligen Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine zu gewährleisten. Genau dies ist im Rahmen des zuvor beschriebenen Verfah rens möglich, womit eine entsprechend hoch genaue Ermittlung des Polradwin kels unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand der elektrischen Maschine mög lich ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das zumindest eine Phasensignal der elektrischen Maschine mittels einer elektronischen Schal tung, insbesondere einem Motorsteuergerät verarbeitet. Durch eine entspre chende externe Verarbeitung der Phasensignale bzw. der damit verbundenen Werte und assoziierten aufsteigenden Flanken und absteigenden Flanken sowie einer Regelung, insbesondere einer Laderegelung des elektrischen Speichers in einem Motorsteuergerät kann auf zusätzliche Steuerkomponenten verzichtet wer den, da das Motorsteuergerät ohnehin vorhanden ist und auch für diesen Ein satzzweck grundsätzlich nutzbar ist. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch eine ent sprechende Regelarchitektur vereinfacht werden kann, wodurch zusätzlich Kos ten eingespart werden können.

Grundsätzlich versteht sich, dass durch das zuvor beschriebene Verfahren direkt aus den internen Signalen der elektrischen Maschine eine hochaufgelöste Dreh winkelposition bzw. Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine und hiermit auch der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ermittelbar ist, wodurch auch auf ein entsprechendes Geberrad zur Ermittlung der Drehwinkelposition bzw. der Drehzahl und der hiermit verbundenen Sensorik verzichtet werden kann. Eine Er mittlung der Drehwinkelposition bzw. der Drehzahl des Rotors ist im laufenden Betrieb stets möglich, da eine entsprechende Laderegelung des elektrischen Speichers entsprechend berücksichtig ist. Es ist jedoch auch möglich die schal tenden Eingriffe der Laderegelung zeitlich von der Ermittlung der Flanken des Phasensignals, welche für eine Ermittlung der Drehwinkelposition bzw. der Dreh zahl erforderlich sind, zu entkoppeln.

Somit lässt sich im laufenden Betrieb sowohl die Ermittlung einer hochgenauen Drehzahl und einer Drehwinkelposition des Rotors und damit der Kurbelwelle als auch eine entsprechende Spannungsregelung des elektrischen Speichers aus schließlich unter Heranziehung der Phasensignale der elektrischen Maschine ge währleisten. Hierdurch können Kosten eingespart werden, was insbesondere in Bezug auf kostengünstigere Mopeds bzw. Leichtkrafträder von Vorteil ist. Zudem können Steuerfunktionen, wie z.B. die Positionsberechnung der Einspritzung, Drehmomentenberechnung bzw. Lernfunktionen zum genauen Bestimmen der OT-Lage und dergleichen deutlich verbessert werden.

Ferner versteht sich, dass die Phasensignale grundsätzlich auf verschiedene Weise gewonnen werden können. Möglich ist beispielsweise eine Betrachtung der Phasenspannung gegeneinander, eine Betrachtung der Phasenspannung über die Dioden eines angeschlossenen Gleichrichters gegen dessen Potential der Ausgangsklemmen, sofern der Stator der elektrischen Maschine in Stern schaltung mit abgreifbarem Sternpunkt ist, eine Betrachtung der Ausgangsspan nung der Stränge gegen den Sternpunkt oder eine vergleichbare Auswertung der Phasenströme.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Dreh winkelposition der Kurbelwelle zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet. Eine Erfassung und Verarbeitung der Phasensignale der elektrischen Maschine durch das Motorsteuergerät und eine entsprechende Ermittlung der Drehwinkel position der Kurbelwelle aus der Drehwinkellage des Rotors und einem etwaigen Winkelversatz, gegeben durch den Polradwinkel, kann entsprechend zur Steue rung des Zündzeitpunkts bzw. des Moments der Brennkraftmaschine im Steuer gerät der Brennkraftmaschine herangezogen werden. Somit kann eine Laderege lung der Batterie, eine Steuerung der Brennkraftmaschine und eine verbesserte Ermittlung der Drehwinkellage bzw. der Drehzahl der Kurbelwelle im Motorsteu ergerät zusammengefasst werden, wodurch sich weiter Synergieeffekte ergeben. Hierfür weist die verwendete Recheneinheit, die vorzugsweise als Motorsteuer gerät für die Brennkraftmaschine ausgebildet ist, eine entsprechende integrierte Schaltung und/oder ein auf einem Speicher gespeichertes Computerprogramm auf, die bzw. das zur Durchführung der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte eingerichtet ist.

Die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das vorzugsweise auf einem Datenträger, insbesondere einem Speicher in Form von Software gespeichert ist, und in der Recheneinheit zur Ausführung des Verfah rens zur Verfügung steht bzw. das Vorsehen einer integrierten Schaltung, insbe sondere eines ASIC, ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere dann, wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufga ben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, opti sche und elektrische Speicher, wie sie vielfach aus dem Stand der Technik be kannt sind. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)

Figur 1

zeigt schematisch ein Geberrad mit Sensor, insbesondere zur Drehzahlbestim mung gemäß dem Stand der Technik;

Figuren 2a bis c

zeigen eine schematische Darstellung einer an eine Brennkraftmaschine gekop pelten elektrischen Maschine (a, b), und die dazugehörigen Signalverläufe (c);

Figur 3

zeigt schematisch eine elektrische Maschine, mit den entsprechenden zugehöri gen Phasensignalen;

Figur 4a und 4b

zeigen mögliche Spannungsverläufe der Phasen einer dreiphasigen elektrischen Maschine;

Figur 5a und 5b

zeigen ein einphasiges vereinfachtes Ersatzschaltbild einer elektrischen Ma schine (a), sowie das dazugehörige Zeigerdiagramm der Phasenspannungsvek toren (b);

Figur 6a - 6f

zeigt sechs verschiedene Ausführungsformen von Reglerschaltungen, die einem Gleichrichter einer elektrischen Maschine nachgelagert sind und zur Regelung der Batteriespannung eingerichtet sind;

Figur 7a und b

zeigt den Verlauf eines Phasensignals mit einem Regeleingriff gemäß einem ers ten und einem alternativen zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens; Figur 8a und 8b

zeigt den Verlauf eines Phasensignals mit einem Regeleingriff gemäß einem wei teren und einem alternativen weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens;

Figur 9

zeigt den Verlauf eines Phasensignals mit einem zeitlich getakteten Regeleingriff gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens;

Figur 10a bis lOd

zeigt den zeitlichen Verlauf eines Polradwinkels über die Drehzahl für eine erste Ausgangsspannung der elektrischen Maschine (a), den zeitlichen Verlauf eines Polradwinkels über die Drehzahl für eine weitere Ausgangsspannung der elektri schen Maschine (b), den zeitlichen Verlauf eines Polradwinkels über die Flanken zeiten zwischen zwei Flanken eines Phasensignals für eine erste Ausgangsspan nung der elektrischen Maschine (c) und den zeitlichen Verlauf eines Polradwin kels über die Flankenzeiten zwischen zwei Flanken eines Phasensignals für eine weitere Ausgangsspannung der elektrischen Maschine (d)

Figur 11

zeigt den zeitlichen Verlauf eines Polradwinkels in zwei Schaltzuständen des Reglers sowie den sich dazwischen angeordneten Bereich eines dynamischen Einschwingvorgangs; und

Figur 12

zeigt den zeitlichen Verlauf von Spannungsflanken eines Phasensignals anhand dem ein Lernverfahren erläutert wird.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In Figur 1 sind schematisch ein Geberrad 20 und ein zugehöriger induktiver Sen sor 10 dargestellt, wie sie im Stand der Technik zur Drehzahlbestimmung bzw. zur näherungsweisen Ermittlung der Drehwinkelposition der Kurbelwelle benutzt werden. Das Geberrad 20 ist dabei fest mit einer Kurbelwelle einer Brennkraft maschine verbunden und der Sensor 10 ist ortsfest an einer geeigneten Stelle angebracht.

Das Geberrad 20, üblicherweise aus einem ferromagnetischen Material, weist Zähne 22 auf, die an der Außenseite mit einem Abstand 21 zwischen zwei Zäh nen 22 angeordnet sind. An einer Stelle auf der Außenseite weist das Geberrad 20 eine Lücke 23 in der Länge einer vorbestimmten Anzahl von Zähnen auf. Diese Lücke 23 dient als Bezugsmarke zur Erkennung einer absoluten Position des Geberrads 20.

Der Sensor 10 weist einen Stabmagnet 11 auf, an welchem ein weichmagneti scher Polstift 12 angebracht ist. Der Polstift 12 wiederum ist von einer Induktions spule 13 umgeben. Bei Rotation des Geberrads laufen abwechselnd Zähne 22 und zwischen jeweils zwei Zähnen liegende Leerräume an der Induktionsspule 13 des Sensors 10 vorbei. Da das Geberrad und somit auch die Zähne 22 aus einem ferromagnetischen Material sind, wird bei der Rotation in der Spule ein Signal induziert, womit zwischen einem Zahn 22 und einem Luftspalt unterschie den werden kann.

Durch Korrelation einer Zeitdifferenz zwischen zwei Zähnen mit einem Winkel, den diese zwei Zähne einschließen, können die Winkelgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl und darüber hinaus auch die entsprechende Winkelposition der Kurbel welle näherungsweise berechnet werden.

An der Lücke 23 weist das induzierte Signal in der Induktionsspule einen ande ren Verlauf auf, als bei den ansonsten sich mit Leerräumen abwechselnden Zäh nen 22. Auf diese Art ist eine absolute Positionsmarke, jedoch nur in Bezug auf eine volle Kurbelwellenumdrehung, möglich.

In Figur 2a ist eine Brennkraftmaschine 112 abgebildet, an die direkt oder über setzt gekoppelt eine elektrische Maschine 30 angebunden ist, wobei die elektri sche Maschine 30 durch die Kurbelwelle 17‘ der Brennkraftmaschine 112 ange trieben wird. Somit weist die Drehzahl n_Gen der elektrischen Maschine 130 und die Drehzahl PBKM der Kurbelwelle 17‘ sowie die Winkelposition oti des Rotors der elektrischen Maschine 30 und die Drehwinkelposition a der Kurbelwelle 17‘ ein festes Verhältnis zueinander auf. Der elektrischen Maschine 30 ist zudem ein La deregler LR zugeordnet, der einen elektrischen Speicher S, vorliegend eine Bat terie B, innerhalb des Bordnetzes 110 entsprechend der noch verbleibenden Ka pazität der Batterie B, mit Energie versorgt. Je nach Ladezustand der Batterie B bzw. des elektrischen Speichers S weisen diese eine sich verändernde Span nung U_ßai auf. Des Weiteren ist eine Recheneinheit, insbesondere ein Motorsteu ergerät 122 vorgesehen, das Daten über eine Kommunikationsverbindung 124 mit der elektrischen Maschine 30 bzw. mit der Brennkraftmaschine 112 aus tauscht und dazu eingerichtet ist, die Brennkraftmaschine 112 und die elektrische Maschine 30 entsprechend anzusteuern.

In Figur 2b ist die elektrische Maschine 30 nochmals in vergrößerter Form sche matisch dargestellt. Die elektrische Maschine 30 weist einen eine Welle 17 auf weisenden Rotor 32 mit einer Erregerwicklung und einem Stator 33 mit Ständer wicklung auf. Es handelt sich daher um eine fremderregte Maschine, wie sie ins besondere bei Kraftfahrzeugen üblich ist. Insbesondere für Krafträder, insbeson dere bei Klein- und Leichtkrafträdern, werden jedoch meist Motoren mit Perma nentmagneten, d. h. permanenterregte elektrische Maschine eingesetzt. Im Rah men der Erfindung können grundsätzlich beide Arten von elektrischen Maschinen verwendet werden, wobei insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren nicht von der Verwendung der jeweiligen Art der elektrischen Maschine - permanent erregte elektrische Maschine oder fremderregte elektrische Maschine - abhängt.

Beispielhaft ist die elektrische Maschine 30 als Drehstromgenerator ausgebildet, in welcher drei zueinander um 120° phasenverschobenen Phasenspannungssig nale induziert werden. Derartige Drehstromlichtmaschinen werden üblicherweise als Generatoren in modernen Kraftfahrzeugen verwendet und sind für die Durch führung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Im Rahmen der Erfin dung können grundsätzlich alle elektrischen Maschinen unabhängig von der An zahl ihrer Phasen verwendet werden, wobei insbesondere das erfindungsge mäße Verfahren nicht von der Verwendung der jeweiligen Art der elektrischen Maschine abhängt. Die drei Phasen des Drehstromgenerators 30 sind mit U, V, W bezeichnet. Über das als Plusdioden 34 und Minusdioden 35 ausgebildete Gleichrichtelement, werden die an den Phasen abfallenden Spannungen gleichgerichtet. Zwischen den Polen B+ und B- liegt somit eine Generatorspannung UG, bei welcher der Mi nuspol auf Masse liegt, an. Von einem derartigen Drehstromgenerator 30 werden beispielsweise eine Batterie B bzw. andere Verbraucher innerhalb des Bordnet zes 110 versorgt.

In Figur 2c sind drei Diagramme dargestellt, die die zugehörigen Spannungsver läufe gegenüber dem Drehwinkel des Rotors 32 der elektrischen Maschine 30 zeigen. Im oberen Diagramm sind die Spannungsverläufe an den Phasen U, V,

W und die zugehörige Phasenspannung UP eingetragen. Allgemein versteht sich, dass die in diesem Diagramm und in den nachfolgenden Diagrammen angegebe nen Zahlen und Wertebereiche lediglich exemplarisch sind, und daher die Erfin dung im Grundsatz nicht beschränken.

Im mittleren Diagramm ist die Generatorspannung UG, die durch die Hüllkurven der positiven und negativen Halbwellen der Spannungsverläufe U, V, W gebildet wird, gezeigt.

Im unteren Diagramm ist schließlich die gleichgerichtete Generatorspannung U_G- (vgl. Figur 2a), zusammen mit dem Effektivwert U_Geff dieser Generatorspannung U_G-, die zwischen B+ und B- anliegen, gezeigt.

In Figur 3 ist schematisch der Stator 33 mit den Phasen U, V, W, sowie den Plus dioden 34 und Minusdioden 35 aus Figur 2b gezeigt. Grundsätzlich versteht sich, dass die hier abgebildeten Gleichrichterelemente in Form von Plusdioden 34 und Minusdioden 35 im Falle eines aktiven Gleichrichters auch als Transistoren, ins besondere MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), ausgebildet sein können (nicht dargestellt). Zudem ist die im Folgenden benutzte Nomenkla tur der auftretenden Spannungen und Ströme dargestellt. Uu, Uv, Uw bezeichnen alternativ die Phasenspannungen der zugehörigen Pha sen U, V, W, wie sie zwischen einem Außenleiter und dem Sternpunkt des Sta tors 33 abfallen. Uuv, Uvw, Uwu, bezeichnen die Spannungen zwischen zwei Pha sen bzw. deren zugehörigen Außenleitern. lu, lv, Iw bezeichnen die Phasenströme vom jeweiligen Außenleiter einer Phase U, V, W zum Sternpunkt. I bezeichnet den Gesamtstrom aller Phasen nach der Gleichrichtung.

In Figur 4a sind nun drei Phasenspannungen Uu, Uv, Uw mit Potentialbezug auf B- in drei Diagrammen gegenüber der Zeit dargestellt, wie sie in einem Genera tor mit einem Außenpolläufer mit sechs Permanentmagneten auftreten. Diese Darstellung einer elektrischen Maschine 30, mit einer dreiphasigen Statorwick lung 33 ist lediglich beispielhaft zu sehen, wobei grundsätzlich, ohne Beschrän kung der Allgemeinheit, das erfindungsgemäße Verfahren auch auf einem Gene rator mit einer entsprechend bedarfsgerechten Anzahl an Phasen oder Perma nentmagneten oder Erreger-Spulen ausführbar ist. Ebenfalls können statt einer Stern-Verschaltung der Stator-Spulen auch eine Dreiecks- Verschaltung oder wei tere Verschaltungsweisen gewählt werden.

Bei einer elektrischen Maschine 30 mit Stromabgabe, ist der Verlauf der Phasen spannungen Uu, Uv, Uw in erster Näherung rechteckförmig. Dies erklärt sich ins besondere dadurch, dass durch die Generatorspannung entweder die Plus- oder die Minusdioden in Flussrichtung leiten, und daher entweder in etwa 15-16 Volt (Batterieladespannung bei 12V Bleisäure-Akkumulator und Spannung an Plusdi oden), oder Minus 0,7-1 Volt (Spannung an Minusdioden), gemessen wird. Be zugspotential der Messung ist jeweils Masse. Es können auch andere Bezugspo tentiale wie zum Beispiel der Sternpunkt des Stators gewählt werden. Diese er geben zwar abweichende Signalverläufe, ändern jedoch nicht die auswertbaren Informationen, deren Gewinnung und/oder Auswertung.

Grundsätzlich können die Phasensignale (Uu, Uv, Uw, lu, lv, Iw) auf verschiedene Weise gewonnen werden. Möglich ist beispielsweise eine Ermittlung der Phasen- Spannungen gegeneinander (Uuv, Uuw, Uwu), eine Ermittlung der Phasenspan nungen über die Dioden eines angeschlossenen Gleichrichters gegen dessen Ausgangsklemmen (B+, B-), sofern der Stator der elektrischen Maschine in Sternschaltung mit abgreifbarem Sternpunkt ist, eine Betrachtung der Ausgangs spannung der Stränge gegen den Sternpunkt (Uu, Uv, Uw) oder eine vergleich bare Auswertung der Phasenströme.

In Figur 4b sind die Phasenspannungen Uu, Uv, Uw aus Figur 4a in einem Dia gramm zusammen aufgetragen. Hierbei ist deutlich der gleichmäßige Phasenver satz zu erkennen.

Während einer vollen Umdrehung des Rotors 32 der elektrischen Maschine 30, werden die Spannungssignale durch sechs Magnete (insbesondere Permanent magnete), die sogenannten Polpaare, sechs Mal wiederholt. Dementsprechend treten pro Phase, d. h. pro Phasenspannung Uu, Uv, Uw pro Umdrehung des Ro tors 32 sechs fallende Flanken FLD und sechs steigende Flanken FLu (für die je weiligen Phasen FLuu, FLvu, FLwu und FLUD, FLVD, FLWD) auf.

Diese Flanken legen einen Winkelabschnitt fest, nämlich genau den Winkelab schnitt, der durch die Magnete entlang des radialen Umfangs des Stators abge deckt ist. Demnach lässt sich bei Erkennen der jeweiligen Flanken FLu, bzw. FL_D, bei Kenntnis eines absoluten Bezugspunkts pro Umlauf, der beispielsweise an hand eines Referenzmagneten mit von den sonstigen Magneten abweichender Charakteristik der Phasenspannung Uu, Uv, Uw gekennzeichnet ist, ermittelt wer den.

Mit geeigneten Mitteln können nun sowohl die fallenden Flanken FL_D als auch die steigenden Flanken FLu erkannt werden. Beispielsweise kann für jede Phasen spannung mittels eines sogenannten Schmitt-Triggers ein TTL-Signal generiert und an ein Steuergerät übermittelt werden. Die benötigten Schmitt-Trigger kön nen entweder im Steuergerät oder in der Steuerelektronik, beispielsweise einem Steuergerät, einem Regler für die Batteriespannung und/oder im Fall eines akti ven Gleichrichters, im jeweiligen Generatorregler integriert oder diesen auch ex tern zugeordnet sein. Die einzelnen TTL-Signale können insbesondere für den Fall der Verwendung eines Steuergeräts, insbesondere eines Motorsteuergeräts 122 (vgl. Figur 2a), über je eine Leitung, oder durch eine vorgelagerte Kombina tionselektronik oder anderes geeignet zusammengefasst, über nur eine Datenlei tung 124 (vgl. Figur 2a) übermittelt werden.

In Figur 4b sind den Enden der jeweiligen fallenden Flanken der Phasenspan nung Uu, Uv, Uw jeweils Werte Wu, Wv, Ww zugeordnet, die auch als Wu_d, Wv_d, Ww_d bezeichnet werden. Gleichermaßen können auch den steigenden Flanken FLu entsprechende Werte Wu_u, Wv_u, Wwu zugeordnet werden. Diese Werte kön nen der Erkennung einer Drehwinkellage oti des Rotors 32 bzw. einem durch die Polpaare des Stators 33 festgelegten Winkelinkrements dienen. Auch eine Er kennung der Drehwinkellage oti des Rotors 32 anhand der Plateaubereiche der Phasensignale oder anderen Bereichen dazwischen ist möglich. Gleichermaßen können die Werte auch dazu genutzt werden, anhand von Zeitdifferenzen Ati,

At₂, DΪ3, die Drehzahl des Generators zu ermitteln.

Hierbei treten bei einer gleichmäßigen Anordnung der sechs Permanentmagnete in der elektrischen Maschine 30, insgesamt 18 fallende Flanken FL_d und somit 18 zugehörige Werte pro Umdrehung in jeweils gleichen Abständen zueinander auf. Während eine Zeitdifferenz Ati, At₂, oder Ab wird somit ein Winkel 360° / 18 = 20° überstrichen. Wie bereits eingangs erwähnt, kann dies auch zur Erkennung der Drehwinkellage oti des Rotors 32 herangezogen werden, wobei die beispielhaft ermittelten 20° das detektierbare Winkelinkrement darstellt. Zudem lässt sich hie raus auch die Winkelgeschwindigkeit w, ermitteln. Diese ergibt sich aus

Go, = 20°/Ati und die dazugehörige Drehzahl n, aus n, = (Oj/360°-60s/min in Umdre hungen pro Minute.

Es versteht sich grundsätzlich, dass alternativ zu den fallenden Flanken FLD auch die steigenden Flanken zur Ermittlung der Drehwinkellage oti des Rotors 32 als auch zur Ermittlung der Momentandrehzahl n_Gen der elektrischen Maschine 30 verwendbar sind. Durch die doppelte Anzahl an Werten pro Umdrehung, ergibt sich dementsprechend eine höhere Auflösung, sowohl der Drehwinkellage oti des Rotors 32, als auch der Drehzahl n_Gen. Zudem können die Flanken der Phasen auf vielfältige weitere Art und Weise ausgewertet werden, beispielsweise durch die zeitlichen Abstände der steigenden Flanken FLu und fallenden Flanken FLD jeweils der gleichen Phasen oder von den jeweiligen Phasen zueinander oder durch den zeitlichen Abstand von steigenden Flanken FLu bzw. fallenden Flan ken FLD der gleichen Phase, oder aller Phasen zusammen.

Neben den aufsteigenden Flanken FLu und abfallenden Flanken FLD können für eine verbesserte Auflösung der Ermittlung der Drehwinkellage oti des Rotors 32 bzw. einer Drehzahlerkennung n_Gen, auch die Nulldurchgänge der Phasensignale Uu, Uv, Uw herangezogen werden.

Die tatsächliche Drehwinkellage oti des Rotors 32 und dessen Welle 17 und da mit die Drehwinkelposition ot der Kurbelwelle 17‘, lassen sich aus den elektri schen Signalen der elektrischen Maschine 30, insbesondere den Phasensignalen Uu, Uv, Uw, bzw. den dazugehörigen Phasenströmen lu, lv, Iw lediglich mit unzu reichender Genauigkeit bestimmen, da im Falle einer belasteten elektrischen Ma schine 30 infolge des Stromflusses, es zu einem systematischen Fehler in Form eines Winkelversatzes zwischen der Phasenlage der Phasensignale Uu, Uv, Uw, bzw. lu, lv, Iw und der tatsächlichen Drehwinkellage oti des Rotors 32 kommt.

Dies wird in den nachfolgenden Abbildungen näher erläutert.

In Figur 5a ist eine schematische Darstellung eines einphasigen vereinfachten Ersatzschaltbilds einer elektrischen Maschine gezeigt, und in Figur 5b ist ent sprechend die Beziehung zwischen den einzelnen Spannungen bzw. Strömen und deren relativer Phasenversatz zueinander in einem Zeigerdiagramm darge stellt. Die aus diesem Einphasenersatzschaltbild ermittelten Erkenntnisse lassen sich grundsätzlich auch auf eine mehrphasige elektrische Maschine, wie sie bei spielsweise in der vorangegangenen Beschreibung gezeigt ist, übertragen. Aus dem einphasigen Ersatzschaltbild der elektrischen Maschine aus Figur 5 a) und dem zugehörigen, in Figur 5 b) gezeigten Zeigerdiagramm, lässt sich eine Span nungsgleichung für eine belastete elektrische Maschine herleiten, diese lautet wie folgt:

Up = jX * I + u, wobei U der Ausgangsspannung der elektrischen Maschine 30, UP der Leer laufspannung der elektrischen Maschine ohne Belastung und I * jX dem Span nungsabfall Ux, der aufgrund des Stromflusses durch die elektrische Maschine und aufgrund der Reaktanz X der elektrischen Maschine im Generator abfällt, entspricht.

Hierbei entspricht die Leerlaufspannung UP der elektrischen Maschine 30, der idealen induzierten Spannung, die mit der Drehwinkellage oti des Rotors 32 be züglich der Phase übereinstimmt. Hierbei ist entsprechend der Winkelversatz q, der dem Polradwinkel entspricht, gleich null. Somit spiegelt die Phasenbeziehung der Leerlaufspannung UP exakt der geometrischen Bewegung des Rotors 32 wie der und gibt somit dessen exakte Winkellage - im unbelasteten Zustand der elektrischen Maschine 30 - an.

Aufgrund der Belastung der elektrischen Maschine 30 und des daraus resultie renden Stromflusses I, eilt die Ausgangsspannung U des belasteten Generators 30 in Bezug auf deren Phase der induzierten Leerlaufspannung UP hinterher, wo bei sich der Winkelversatz zwischen U und UP durch den Winkelversatz q, dem sogenannten Polradwinkel ergibt. Dieser ist grundsätzlich abhängig vom Spulen strom I und ohne Kenntnis des Spulenstroms I nicht ohne weiteres berechenbar.

Zudem ergibt sich der Winkel zwischen Ausgangsspannung U und Strom I durch die angeschlossene Last und beträgt für einen rein ohmschen Verbraucher cp =

0°. Die ideale induzierte Spannung (Leerlaufspannung) UP der elektrischen Ma schine, ergibt sich als Produkt aus Maschinenkonstanten, der Erregung, und der Winkelgeschwindigkeit. Im Falle einer permanenterregten Maschine ergibt sich eine konstante Erregung durch die verwendeten Permanentmagnete und damit eine zur Winkelgeschwindigkeit proportionale ideale induzierte Spannung. Aus dem Zeigerdiagramm aus Figur 5 b) ergibt sich somit für den Winkelversatz q:

(cos (q) = (U + sin (f) * X * I) / Up. Bei Verwendung eines linear arbeitenden Spannungsreglers 40a, wie z.B. in Fi gur 6a dargestellt, und einer Ansteuerung eines Stellgliedes 42a für einen Span nungsreglers 40a, das beispielsweise in Form eines Leistungstransistors ausge bildet ist und im linearen Bereich (Triodenbereich) arbeitet, lässt sich die Aus- gangsspannung U der elektrischen Maschine 30 nahezu konstant (in Bezug auf die Batteriespannung) einregeln. Weiterhin führt die Verwendung eines Gleich richters 34a, 35a mit einem nachgeschalteten elektrischen Speicher S in Form einer Batterie B am Ausgang des Generators 30 näherungsweise zu einer rein ohmschen Last, auch wenn im Bordnetz kleinere Kapazitäten auftreten können. Hiermit geht entsprechend der Winkelversatz zwischen Ausgangsspannung U und Strom I, cp, gegen 0, wobei der Summand aus der zuvor genannten Formel (sin (f) * X * I) ebenfalls gegen 0 geht und damit verschwindet.

Die Leerlaufspannung U P ist grundsätzlich proportional zur Drehzahl n_Gen der elektrischen Maschine 30. Somit vereinfacht sich die zuvor genannte Formel, un- ter der Annahme einer im Wesentlichen konstanten Amplitude der Ausgangs spannung U und der Annahme, dass cp gegen Null geht und somit der zweite Summand verschwindet, auf die Relation:

9aprox = COS ¹ (C0nSt./n_Gen), wobei sich die Konstante const. im Wesentlichen aus der konstanten Ausgangs- Spannung U und dem konstanten und damit nicht von der Drehzahl n_Gen abhängi gen Anteil der Leerlaufspannung U P ergibt.

Wählt man eine Darstellung der Formel für q_3rG0C in Abhängigkeit der Flankenzeit t_Gen statt der Drehzahl n_Gen, ergibt sich folgender Zusammenhang von q_3rG0C und t_Gen: 9aprox = cos ¹ (const.“ * t_G en)_j wobei const.“ neben den konstanten Faktoren von oben noch den konstanten Faktor zur Berechnung der Flankenzeit t_Gen in Sekunden aus der Drehzahl n_Gen in Umdrehungen pro Minute (rpm) enthält. Im relevanten Zeitbereich für typische Verbrennungsmotoren von Leerlauf bis ca. 15000 rpm lässt sich diese Beziehung näherungsweise durch eine Geradenglei chung mit negativer Steigung beschreiben und ermöglicht damit eine hohe Re cheneffizienz in der Anwendung. Wie bereits eingangs dargestellt, haben die an gegebenen Wertebereiche lediglich erläuternden Charakter und sollen die Erfin dung nicht beschränken.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Batterieregelung bzw. einer

entsprechenden Regelung der Batteriespannung derart, dass das jeweilige Stellglied 42 im linearen Bereich betrieben wird, kann der Winkelversatz q in erster Näherung auch ohne Kenntnis des Stromflusses I hinreichend genau abgeschätzt werden, was eine sehr verlässliche Ermittlung des Winkelversatzes q zwischen der Phasenlage der Phasenspannungen Uu, Uv, Uw und der tatsächlichen Drehwinkellage oti des Rotors 32 zulässt.

Demnach kann eine aus den Phasenspannungen Uu, Uv, Uw ermittelte

Drehwinkellage ap_hase des Rotors 32 entsprechend durch den Winkelversatz q, der von der jeweiligen Drehzahl n_Gen abhängt, korrigiert werden. Hieraus kann entsprechend die tatsächliche Drehwinkelposition ot der Kurbelwelle 17 der Brennkraftmaschine bzw. der Drehwinkellage oti des Rotors 32, ermittelt werden. Diese stehen im Falle einer festen Kopplung zwischen der Welle des Rotors 32 und der Kurbelwelle 17 in einem festen Verhältnis zueinander. Es gilt daher ohne Beschränkung der Allgemeinheit ot = oti, aber oti ist in den Phasensignalen Uu, Uv, Uw, lu, lv, Iw nicht mehr sichtbar, sobald ein Strom fließt.

Durch entsprechende Ermittlung der unkorrigierten Drehwinkelposition otp_hase aus zumindest einem der Phasensignalen Uu, Uv, Uw, lu, lv, Iw und die zuvor be schriebene Ermittlung des Polradwinkels q, kann die tatsächliche Winkelposition oti durch: ctl » Ctphase + q in besonders guter Näherung ermittelt werden. Die zuvor getroffenen Annahmen zur hochgenauen Ermittlung des Polradwinkels q bzw. der Drehwinkelposition oti bzw. der Drehzahl n des Rotor 32 ist jedoch nur dann ohne weiteres anwendbar, wenn im Zeitbereich der Ermittlung der je weiligen Phasensignale Uu, Uv, Uw, lu, lv, Iw kein schaltender Eingriff zur Rege lung der Spannung des elektrischen Speichers S durch den Laderegler 40 er folgt. Somit ist diese Annahme allenfalls abschnittsweise für die jeweiligen Schaltzustände des Ladereglers 40 anwendbar. Ferner müssen zudem für die jeweiligen Schaltzustände gesonderte Sätze an Maschinenparametern für die Er mittlung des Polradwinkels hinterlegt sein oder während des laufenden Betriebs der elektrischen Maschine ermittelt werden (vgl. Figur 10a -d, und Figur 12). Fer ner wären auch noch transiente Übergangszustände in Form von dynamischen Einschwingvorgängen zwischen den Schaltzuständen bei einer Ermittlung des Polradwinkels q zu berücksichtigen (vgl. Figur 11). Hierauf wird im nachfolgen den weiter eingegangen. Eine durchgehende Ermittlung des Polradwinkels q kann daher sicher durch die weiteren Ausgestaltungen des Verfahrens gewähr leistet werden, wie es im Rahmen der Figuren 7-12 genauer beschrieben wird.

In Figur 6a ist die elektrische Maschine 30 aus Figur 2b nochmals in vergrößerter Form schematisch dargestellt. Die elektrische Maschine 30 weist einen eine Welle 17 aufweisenden Rotor 32 mit einer Erregerwicklung und einem Stator 33 mit Ständerwicklung auf. Es handelt sich daher um eine fremderregte Maschine, wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeugen üblich ist. Insbesondere für Krafträder, insbesondere bei Klein- und Leichtkrafträdern, werden jedoch meist Motoren mit Permanentmagneten, d. h. permanenterregte elektrische Maschine eingesetzt.

Im Rahmen der Erfindung können grundsätzlich beide Arten von elektrischen Maschinen verwendet werden, wobei insbesondere der erfindungsgemäße Laderegler LR nicht von der Verwendung der jeweiligen Art der elektrischen Maschine - permanenterregte elektrische Maschine oder fremderregte elektrische Maschine - abhängt.

Beispielhaft ist die elektrische Maschine 30 als Drehstromgenerator ausgebildet, in welcher drei zueinander um 120° phasenverschobenen Phasenspannungssig nale induziert werden. Derartige Drehstromlichtmaschinen werden üblicherweise als Generatoren in modernen Kraftfahrzeugen verwendet und sind für die Ver wendung eines dem Generator nachgelagerten erfindungsgemäßen Ladereglers geeignet. Im Rahmen der Erfindung können grundsätzlich alle elektrischen Ma schinen unabhängig von der Anzahl ihrer Phasen verwendet werden.

Die drei Phasen des Drehstromgenerators 30 sind mit U, V, W bezeichnet. Über das als Plusdioden DH eines ersten Pfades 34a und Minusdioden DL eines zweiten Pfads 35a ausgebildete Gleichrichtelement 36, werden die an den Phasen abfallenden Spannungen Uu, Uv, Uw gleichgerichtet. Zwischen den Polen B+ und B- liegt somit eine Generatorspannung U_G, bei welcher der Minuspol auf Masse liegt, an. Von einem derartigen Drehstromgenerator 30 werden beispielsweise eine Batterie B bzw. andere Verbraucher innerhalb des Bordnetzes 110 versorgt.

Zudem ist ein Laderegler LR mit einer Steuereinheit 40a vorgesehen, der von der Generatorspannung U_G gespeist ist und einen Schalter 42a für den Fall einer Spannungsregelung der Batterie B derart ansteuert, dass die Pfade 34a, 35a des Gleichrichters 36 kurzgeschlossen werden. Um ein paralleles Kurzschließen der Batterie B zu verhindern, ist eine weitere Diode D vorgesehen, die der Art hinter dem Gleichrichter 36 angeordnet ist, dass ebendies verhindert wird. Im offenen Zustand des Schalters 42a wird der Gleichrichter 36 normal betrieben und beauf schlagt somit die Batterie B bzw. den elektrischen Speicher S mit elektrischer Energie.

In Figur 6b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ladereglers LR dargestellt. Gleiche bzw. gleichartige Elemente zum ersten Ausführungsbeispiel (vgl. Figur 6a) werden mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bezugszeichen ergänzt mit einem weiteren Buchstaben b dargestellt. Auf die grundsätzliche Beschrei bung bereits bekannter Elemente wird in Bezug zu dieser Ausführungsform und in Bezug zu den weiteren, noch folgenden Ausführungsformen, grundsätzlich auf die jeweiligen Beschreibungen der Ausführungsformen Bezug genommen und es werden hinsichtlich der jeweiligen Beschreibung lediglich die Veränderungen ge genüber den weiteren Ausführungsbeispielen dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird vereinfacht von einer schematisch darge stellten, zweiphasigen elektrischen Maschine 30 mit den Phasen U und V ausge gangen, wobei an den Phasen jeweils Phasenspannungen Uu bzw. Uv anliegen. Genau genommen zeigt Figur 4a eine einphasige Maschine mit beiden heraus geführten Spulenenden. Diese besteht aus zwei Spulen, deren eine Enden her ausgeführt sind und deren andere Enden verbunden werden und damit vom Auf bau her eine einphasige Maschine darstellen. Die Besonderheit an diesem Aus führungsbeispiel ist, dass die Steuereinheit 40b die den Schalter 42b zur Ladere glung und zum Kurzschluss des ersten Zweigs 34b bzw. zweiten Zweigs 35b des Gleichrichterst 36 beaufschlagt, in einem Motorsteuergerät 122 angeordnet ist. In diesem Motorsteuergerät 122 ist ferner eine Drehzahldetektionsvorrichtung 45 angeordnet. Diese weist eine Kommunikationsverbindung 46 zu einem Signalge nerator 47 auf, der mit zumindest einer der Phasen (V) verbunden ist, um die für eine Ermittlung der Drehzahl n der elektrischen Maschine 30 erforderlichen Flan ken FLu bzw. FLv der Phasenspannung Uu, Uv zu ermitteln. Die grundsätzliche Ermittlung der Drehzahl n wurde Eingangs (insbesondere in Bezug zu Figur 4b) bereits beschrieben.

In Figur 6c ist eine weitere Ausführungsform des Ladereglers LR dargestellt.

Auch hier wird der Schalter 42c wieder von der Steuereinheit 40c angesteuert, wobei bei einer Schließstellung des Schalters 42c der Schalter leitend ist und die Zweige 35c, beziehungsweise 34c (hierfür notwendige Vorrichtung nicht abgebil det) des Gleichrichters 36 entsprechend kurzschließt. Dies geschieht in diesem Fall Phasenweise, entsprechend der Phase U, V, W, da hier bei jeder Phase eine Diode Dl bis D3 zugeordnet ist. Je nach Phasenlage wird die jeweilige Phase kurzgeschlossen und es wird ein Überladen der Batterie B verhindert. Dioden DH des ersten Zweigs 34c des Gleichrichters 36 verhindern hierbei, dass bei einem Kurzschluss der jeweiligen Phase U, V, W auch die Batterie B kurzgeschlossen wird.

Ebenfalls können im oberen Pfad 34c Transistoren und dafür im unteren Pfad 35c Dioden verwendet werden. In diesem Fall erfolgt die Regelung des Strom flusses I durch Kurzschließen über den oberen Pfad 34c, während der untere Pfad 35c ein Kurzschließen der Batterie B vermeidet (entsprechende Vorrichtung nicht abgebildet).

In Figur 6d ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ladereglers LR beschrieben. Hierbei weist der zweite Pfad 35d des Gleichrichters 36 pro Phase, U, V, W je weils einen Schalter 42d in Form eines Transistors auf, der in Form eines MOSFET-Transistors dargestellt ist, als Transistor mit entsprechender Inversdi ode. Der Transistor hat jeweils sowohl eine gleichrichtende Funktion im unteren Pfad 35d des Gleichrichters als auch eine kurzschließende Funktion der jeweili gen Phase, der der jeweilige Transistor zugeordnet ist. Hierdurch kann durch ein entsprechendes Ansteuern des jeweiligen Transistors 42d durch die Steuerein heit 40d der Gleichrichter 36 kurgeschlossen und somit der Stromfluss I in die Batterie B unterbunden werden. Ein Kurzschließen der Batterie B wird hierbei wieder durch die Dioden DH im ersten Pfad 34d verhindert.

In Figur 6e ist eine weitere Ausführungsform des Ladereglers LR beschrieben. Hierbei ist sowohl der erste Pfad 34e mit Transistoren TH als auch der zweite Pfad 35e mit Transistoren TL bestückt, die den jeweiligen Phasen U, V, W zuge ordnet sind. Die jeweiligen Transistoren TH, TL sind von der Steuereinheit 40e je weils entsprechend beaufschlagbar, so dass sowohl eine Gleichrichtung der Pha senspannungen Uu, Uv, Uw als auch ein Kurzschließen der jeweiligen Pfade 34e, 35e zur Laderegelung der der Batterie B erfolgen kann.

Vorliegend ist die Steuereinheit 40e getrennt zum Motorsteuergerät 122 angeord net, wobei beide miteinander mittels einer Datenverbindung 125e, zum Aus tausch von Daten bzw. zur Ansteuerung der Steuereinheit 40e durch das Motor steuergerät 122 oder umgekehrt, verbunden sind. Für den Fall einer Laderege lung, wird jeweils in einem Pfad 35e, 34e die jeweiligen Transistoren TH, TL durchgesteuert, so dass diese leitend werden. Zum Schutz der Batterie B sollten jeweils die korrespondierenden Transistoren TH, TL des jeweils anderen Pfades in Sperrrichtung geschaltet sein, so dass ein Kurzschluss der Batterie B verhindert wird. In Figur 6f ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ladereglers LR dargestellt. Hierbei unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel gegenüber dem in Figur 4d gezeigtes Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass das Motorsteuergerät 122 als auch die Steuereinheit 40f baulich in einem gemeinsamen Gehäuse un tergebracht sind, was synergetische Vorteile bietet, um entsprechend eine Brennkraftmaschine 112 bzw. die elektrische Maschine 30 anzusteuern.

Grundsätzlich versteht sich, dass die Recheneinheit 40 bzw. das

Motorsteuergerät 122 entweder baulich getrennt oder gemeinsam in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein können.

In Figur 7a und b ist die Regelung einer Betriebsspannung Us eines elektrischen Speichers S gemäß einem ersten (Figur 7a) und gemäße einem alternativen zweiten (Figur 7b) Ausführungsbeispiel gezeigt. Hierin ist in der linken Ordinate eine der Phasenspannungen Uu_,v_,w in der rechten Ordinate die Betriebsspan nung Us des elektrischen Speichers S und auf der Abszisse die Zeit in beliebigen Einheiten aufgetragen. Ferner ist gestrichelt ein oberer Schwellwert Us_oin der Be triebsspannung Us des elektrischen Speichers und ein unterer Schwellwert Us_0ii2 dargestellt, bei deren Erreichen bzw. Unter- und/oder Überschreiten eine ent sprechende Spannungsregelung durch den Spannungsregler LR bzw. 40 (vgl. Figur 6a bis f) eingeleitet wird.

Die Phasenspannung Uu_,v_,w ist als durchgezogene Linie und die Betriebsspan nung Us des elektrischen Speichers S ist als Strichpunktstrichlinie im Diagramm dargestellt. Diese Beschreibung der Diagramme aus Figur 7 ist den Diagrammen aus Figur 8a, b und 9 ähnlich, weswegen hierbei generell auch auf diese Abbil dungen Bezug genommen wird. Es versteht sich grundsätzlich, dass die Auswahl der hier dargestellten Phasenspannung Uu lediglich exemplarisch als Spannung einer einphasigen elektrischen Maschine oder Spannung einer beispielhaften Phase einer mehrphasigen Maschine erfolgt ist, wobei die Darstellung des erfin dungsgemäßen Verfahrens auch an weiteren Phasen einer mehrphasigen elektrischen Maschine, wie auch einer Kombination der Auswertung der jeweili gen Phasen miteinander erfolgen kann. ln Figur 7a ist zu sehen, dass nach dem ersten Auftreten einer Halbwelle einer Phasenspannung mit einer aufsteigenden Flanke Flu und einer abfallenden Flanke FID die Betriebsspannung Us des elektrischen Speichers S den oberen Schwellwert Us_oin überschreitet. Ferner ist nach der ersten Halbwelle der Ansatz einer weiteren Flanke Flu zu erkennen, die durch den charakteristischen Wert W_Uu der Phasenspannung Uu erkannt wird. Da anhand des charakteristischen Werts W_Uu die aufsteigende Flanke Flu der Phasenspannung sicher erkannt wird, kann nach Erreichen des Werts Wu_u ein Regeleingriff mittels des Ladereglers 40 des elektrischen Speichers S erfolgen, wodurch insbesondere die Phasenspan nung Uu begrenzt und hierdurch ein Aufladen des elektrischen Speichers S zu mindest aus dieser Phase Uu unterbunden wird. Bis zum Erreichen des nächsten charakteristischen Werts WUD, der mit einer abfallenden Flanke FID assoziiert ist, wird der Regeleingriff des Reglers 40 wieder gelöst, da die Betriebsspannung Us des elektrischen Speichers S wieder unterhalb des oberen Schwellwerts Us_oin verläuft. Der weitere Schwellwert Us_0ii2 gibt den unteren Toleranzbereich der Be triebsspannung Us des elektrischen Speichers S an, bei dem erneut ein Regler eingriff erfolgt und der elektrische Speicher S wieder geladen wird.

Wie in Figur 7a zu sehen ist, ist für die Regulierung der Betriebsspannung Us des elektrischen Speichers S der Zeitraum zwischen Auftreten Wu_u für die steigende Flanke und WUD für die abfallende Flanke der zweiten Halbwelle der Phasen spannung Uu ausreichend. In Figur 7b ist hingegen ein Szenario abgebildet, dass dem in Figur 7a gezeigten Szenario ähnlich ist, wobei jedoch der Reglereingriff über die zweite und dritte Halbwelle der Phasenspannung Uu gehalten wird, um die Betriebsspannung Us des elektrischen Speichers entsprechend derart anzu passen, dass dieser wieder unter den Sollwert Us_oin absinkt. Im Übrigen ist in den Figuren 7 bis 9 die zu erwartende Halbwelle der Phasenspannung Uu die durch den entsprechenden Regeleingriff des Ladereglers 40 unterdrückt wird, gestri chelt dargestellt.

Ein weiteres Szenario einer Spannungsregelung der Betriebsspannung Us des elektrischen Speichers S ist in Figur 8a und b dargestellt. In Figur 8a und b ist ein dynamisches Verhalten des Spannungsreglers 40 bzw. dessen Ansteuerung ge zeigt, bei dem der Regeleingriff zur Regelung der Betriebsspannung Us des elektrischen Speichers S mit der Detektion einer Flanke mittels des Werts Wu_u beginnt, also getriggert durch eine entsprechende Flanke, wobei der Regelein griff durch den Regler 40 wieder gelöst wird, sobald die Batteriespannung inner halb des gewünschten Bereichs zwischen Usoin und Us₀ii2 (vgl. Figur 8a) oder, wie in Figur 8b gezeigt, die Laderegelung durch den Laderegler 40 dann wieder aktiviert wird, wenn die Betriebsspannung Us des elektrischen Speichers S be reits wieder unter den Sollwert Usoii2 abgesunken ist. Auch hier erfolgt die Ladere gelung mittels des Ladereglers 40 flankengetriggert durch die Erkennung des mit der jeweiligen Flanke assoziierten Werts Wu_u wobei hierbei stets eine sichere Er mittlung der Drehwinkelposition des Rotors 32 der elektrischen Maschine 30 bzw. deren Drehzahl N gewährleistet ist. In Figur 8a wird ferner ein zeitlicher Mindest abstand T _min zur nächsten Flanke FID berücksichtigt. Hierbei ist gewährleistet, dass bei Erkennen des mit der nächsten abfallenden FID assoziierten Werts WUD der Phasenspannung Uu, diese bereits einen stationären Wert eingenommen hat. Durch eine entsprechende Wahl des zeitlichen Abstands T_mm kann somit si chergestellt werden, dass die Spannungsflanke nicht in einem transienten son dern in einem tatsächlich eingeschwungenen stationären Zustand bestimmt wird, wodurch eine exakte Ermittlung der Drehwinkelposition des Rotors 32 bzw. des sen Drehzahl n gewährleistet ist. Um sicher zu stellen, dass ein eingeschwunge ner Zustand vorliegt, wird bei Unterschreiten des zeitlichen Mindestabstands T_min wie in Figur 8b gezeigt, der Regeleingriff des Reglers 40 erst wieder nach Detek tion der darauffolgenden nächsten Flanke bzw. Unterschreiten des entsprechen den Betriebsspannungssollwerts Us₀ii2 gelöst.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform des Ansteuerverfahrens des La dereglers 40, wie er in Figur 9 dargestellt ist, wird der Stromfluss I in den elektri schen Speicher S durch eine zeitlich getaktete Ansteuerung des Ladereglers 40 unterbunden bzw. aktiviert. Dieser getaktete Betrieb erfolgt vorzugsweise inner halb einer Halbwelle, so dass sowohl die aufsteigende Flanke Flu, als auch die abfallende Flanke FID durch ihre charakteristischen Werte Wu_u und WUD zur exak ten Ermittlung der Winkelposition des Rotors 32 bzw. dessen Drehzahl n ermittel bar sind. Da die PWM-Zeitperiode zudem viel kleiner ist, als die Zeitkonstante der elektrischen Maschine, ist der Zeitpunkt des Schaltens in Relation zur Ermitt- lung der jeweiligen Werte nicht mehr von großer Bedeutung, weshalb eine Be achtung des Phasensignals für die Schaltvorgänge nicht mehr zwingend erfolgen muss. Die hier vorliegende Betriebsspannung Us des elektrischen Speichers S ist wie abgebildet nahezu konstant. Grundsätzlich kann je nach Wahl der aktiven Zeiten to_n des Reglers, in dem eine Strombeaufschlagung des elektrischen Spei chers S erfolgt, bzw. der deaktivierten Zeiten to_ff, in denen keine Strombeauf schlagung des elektrische Speichers S erfolgt, die Strombeaufschlagung der Bat terie eingestellt werden. Die relevante Stellgröße ist hierbei der sogenannte Duty- Cycle, der als Verhältnis zwischen den An- bzw. Auszeiten der Regelung durch den Laderegler 40 wie folgt gegeben ist:

Eine typische Frequenz einer entsprechend getakteten Beaufschlagung des Reg lers 40, die mittels einer typischen Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgen kann, liegt im Bereich zwischen 10 und 100 kHz, vorzugsweise 20 kHz. Grundsätzlich ist die Frequenz jedoch ausreichend groß zu wählen, so dass auch für hohe Drehzahlen n noch ausreichend viele Schaltvorgänge zwischen zwei Spannungs flanken untergebracht werden können. Die Frequenz wird jedoch vorzugsweise so gewählt, dass sie nicht Wesentlich zu einer für einen Anwender störend wahr nehmbaren Geräuschbeeinträchtigung beiträgt.

Unter der Annahme, dass die Trägheit der elektrischen Größen der elektrischen Maschine 30 größer als die Frequenz der Pulsweitenmodulation ist, stellt sich ein vergleichbares Verhalten des Systems insbesondere in Bezug auf Ermittlung des Polradwinkels Q ein, wie sie im Zusammenhang des linearen Reglers (abgebildet in Figur 6a), dargestellt ist. Die Abschätzung des Polradwinkels bzw. hiermit auch die Abschätzung der Winkelposition a des Rotors 32 kann somit mittels einer ein zigen Kennlinie bzw. eines Kennfeldes, bei dem der Polradwinkel über den Ein gangsgrößen Duty-Cycle und Drehzahl dargestellt ist, wie bei einem linearen Regler erfolgen. Wie bereits erwähnt, kann somit der Vorteil einer optimalen Spannungsregelung der Betriebsspannung U_s des elektrischen Speichers S durch eine entsprechende Wahl der Ansteuerfrequenz der Pulsweitenmodulation sowie der Pulsweite, die durch den Duty-Cycle gegeben sind, einerseits, als auch eine sichere Detektion der Flanken durch die charakteristischen Werte Wu_u und WUD , andererseits, gewährleistet werden, die für eine Ermittlung der Sekundär größen der Polradspannung bzw. der Drehwinkellage des Rotors 32 und dessen Drehzahl erforderlich sind.

Grundsätzlich versteht sich, dass die Sollwerte Usoin bzw. Usoi^ der Betriebsspan nung Us des elektrischen Speichers S von verschiedenen Arbeitspunkten bzw. der Motordrehzahl der elektrischen Maschine abhängig gemacht werden können. Weiterhin können die Sollwerte Usoin, S₀112 der Betriebsspannung Us auch von Ar beitspunkten der Brennkraftmaschine wie entsprechenden Lasten oder des Ge misches an Kraftstoff zu Verbrennungsluft (Lambda) abhängig gemacht werden.

Darüber hinaus kann durch eine hochgenaue Ermittlung der Drehwinkellage Q des Rotors 32 auch eine entsprechende Regelung, die vorzugsweise durch Kurz schluss bzw. durch Lastfreistellen des Generators erfolgt (vgl. Figuren 6a bis f) bewirkt werden, um beispielsweise in Bereichen, in denen eine hochaufgelöste Drehzahl n bzw. eine Bestimmung der Drehwinkellage Q des Rotors 32 erforder lich ist, kein Regeleingriff vorgenommen wird. Auch in Bereichen, in denen eine Zündung der Brennkraftmaschine bzw. ein Einspritzvorgang in die Brennkraftma schine erfolgt, die wiederum empfindlich von einer Betriebsspannung Us des elektrischen Speichers abhängen, kann ein Ausregeln des elektrischen Spei chers S von der elektrischen Maschine 30 unterbunden werden, um hierdurch eine entsprechende Einspritzung bzw. eine Zündung durch eine Veränderung der Betriebsspannung Us nicht zu stören. Weiter kann, um eine möglichst gute Be stimmung der hochaufgelösten Drehzahl n der elektrischen Maschine 30 bzw. deren Drehwinkellage Q zu gewährleisten, der Reglereingriff über einen konstan ten Winkelbereich bezüglich der Nulllage des Rotors erfolgen, wodurch stets eine hochgenaue Ermittlung der Drehwinkelposition Q bzw. der Drehzahl N möglich ist.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform des Verfahrens lässt sich der Pol radwinkel q auch bei entsprechenden schaltenden Eingriffen des Spannungsreg lers LR ermitteln (Figuren 10 -13). Hierbei wird allgemein auf die Formel q = cos ¹ (U_G / (const. * n), zur Ermittlung des Polradwinkels q zurückgreifen.

In den Figuren 10a und b sind entsprechende Kennlinien für den Polradwinkel q über die Drehzahl der elektrischen Maschine für eine erste Ausgangsspannung UG von 14 Volt (vgl. Figur 10a) und für eine weitere Ausgangsspannung des Ge nerators UG 2 Volt (vgl. Figur 10b) gezeigt. Entsprechende Kennlinien können auch für weitere Ausgangsspannungen UG des Generators aber auch für weitere Maschinenparameter der elektrischen Maschine 30 in einem entsprechenden Kennfeld Ok _hhΐ, Ok _hh2 hinterlegt werden. Je nach Schaltzustand Sl, S2 des schaltenden Ladereglers LR kann entsprechend ein gewähltes Kennfeld Ok _hhΐ, O_KQPP2 mit den damit hinterlegten Kennlinien ausgewählt und hieraus der Polrad winkel q der elektrischen Maschine 30 ermittelt werden.

Unter der Annahme, dass die Ausgangsspannung des Generators in etwa kon stant ist, z.B. auf Batteriespannung von ca. 14 Volt gehalten wird, ergibt sich da mit in guter Näherung eine reine Abhängigkeit des Polradwinkels q von der Dreh zahl n der elektrischen Maschine 30 woraus sich nach oben angegebener Formel für den Polradwinkel q die entsprechende Kennlinie ergibt, die in Figur 10a dar gestellt ist. Das in Figur 10a gezeigte Szenario bildet somit im Wesentlichen den ersten Schaltzustand Sl ab, bei dem der elektrische Speicher S, in diesem Fall die Batterie B, mit elektrischer Energie beaufschlagt wird.

Insbesondere für einen kurzschlussschaltenden Spannungsregler LR wie er ins besondere in den Figuren 6a bis f dargestellt ist, schaltet der Spannungsregler LR den Ausgang des Generators 30 in einen Kurzschlussähnlichen Zustand, falls die an die elektrische Maschine 30 angeschlossene Batterie B einen entspre chenden Schwellwert in der Kapazität bzw. der Batteriespannung erreicht. Hier durch wird ein Überladen der Batterie vermieden. Grundsätzlich hängt im Kurz schlussfall die Ausgangsspannung UG des Generators 30 von der verwendeten Topologie des Spannungsreglers ab. Diese Ausgangsspannung UG beträgt im Kurschlussfall in etwa 0,1 bis 3 Volt, je nach Topologie, und kann näherungs weise auch als konstant - für die jeweils verwendete Topologie - angenommen werden. Hieraus ergibt sich in etwa die in Figur 10b dargestellter Verlaufsform der Kennlinie der Polradwinkels q über die Drehzahl n der elektrischen Maschine 30 für eine Ausgangsspannung UG des Generators von ca. 2 Volt. Wie bereits eingangs erwähnt, können auch entsprechende Kennlinien für andere Ausgangs spannungen UG des Generators oder auch abhängig von weiteren Maschinen größen der elektrischen Maschine 30 in einem entsprechenden Kennfeld hinter legt werden.

Anhand dieser Kennlinien lassen sich entsprechend, sofern die elektrische Ma schine einen hinreichend ausgeprägten Gleichgewichtszustand erreicht hat, der Polradwinkel in den jeweiligen Schaltzuständen Sl, S2 direkt aus den System größen, beispielsweise dem Innenwiderstand, der Spuleninduktivität, sowie dem Verlauf der idealen Leerlaufspannung und der Ausgangsspannung der Elektri schen Maschine 30 ableiten. Eine entsprechende alternative Darstellungsform der Polradwinkelermittlung ist in den Figuren 10c und lOd dargestellt, wobei hier entsprechend zu den Figuren 10a und 10b der Verlauf des Polradwinkels q über die Flankenzeit zumindest zweier Flanken eines Phasensignals der elektrischen Maschine 30 dargestellt ist. Der Vorteil an dieser Darstellung ist darin zu sehen, dass für die jeweiligen Ausgangsspannungen des Generators UG = 14 Volt (vgl. Figur 10c) und UG = 2 Volt (vgl. Figur lOd) eine weitestgehende Linearisierung des Verlaufs der Kennlinie des Polradwinkels q gewährleistet ist.

Es können jedoch zwischen den Schaltzuständen S1 und S2, verursacht durch das Schalten zwischen diesen Zuständen Nichtgleichgewichtseffekte, soge nannte transiente Zustände auftreten, die zu einem dynamischen Verhalten von Systemgrößen der elektrischen Maschine 30 führen, wodurch auch der zeitliche Verlauf des Polradwinkels q starke Oszillationen aufweisen kann (vgl. Figur 11). Diese Nichtgleichgewichtszustände bilden sich typischerweise in einem Zeitfens ter aus, das für die jeweilige elektrische Maschine 30 charakteristisch ist. Nach diesem Zeitfenster T sind in der Regel die dynamischen Effekte, wie es für ein gedämpftes oszillierendes System typisch ist, soweit gedämpft, dass diese in ei nen in guter Näherung stationären Zustand übergehen, wodurch wie zuvor be reits geschrieben, der Polradwinkel q anhand der Systemgrößen der elektrischen Maschine 30, die in entsprechenden Kennfeldern hinterlegt sein können, ermittel bar ist (vgl. Figur 11).

Dieses dynamische Verhalten, wie es in Figur 11 innerhalb des Zeitabschnitts T abgebildet ist, ist jedoch für die elektrische Maschine 30 sowie für den jeweiligen Betriebszustand, indem sich die elektrische Maschine 30 befindet typisch, wes wegen auch diese dynamischen Einschwingvorgänge D entsprechend bei der Er mittlung des Polradwinkels q berücksichtigt werden können. Hierzu teilt sich die Bestimmung des Polradwinkels q im Wesentlichen in drei Abschnitte auf, nämlich eine zweite Bestimmungsvorschrift K2 während des weiteren Schaltzustands S2 im linken Teil der Abbildung, in dem der Laderegler LR einen Transfer von elektrischer Energie in den Speicher S unterbindet. Dieser Zustand ist im We sentlichen stationär, wie es in Figur 11 abgebildet ist. In diesem Zustand liegt der Polradwinkel 9s₂ vor. Nun erfolgt zum Zeitpunkt t = 0 ein Umschalten von dem weiteren Schaltzustand S2 in den Ladezustand S1 und damit verbunden ein von der Polradwinkeldynamik geprägter zweiter Abschnitt T. Sobald der Ladezustand erneut einen stationären Zustand eingenommen hat (vgl. Figur 11 rechts) kann der Polradwinkel q gemäß der zuvor beschriebenen Bestimmungsvorschrift Kl anhand der entsprechenden Kennlinien bzw. Kennfelder Ok _hhΐ bestimmt werden kann. In diesem Zustand S1 liegt der Polradwinkel 9si vor.

Vorliegend sind im dynamischen Zeitbereich T beispielhaft fünf Amplitudenwerte q, angegeben, die den jeweiligen Zeitpunkten t,, wobei i = 1 bis 5 ist, zugeordnet sind. Diese Werte geben vorliegend die maximalen Amplituden des dynamischen Polradwinkelverlaufs an. Je nach Art und Umfang dieser Amplituden, kann diese Amplitudenvariation bei einer Ermittlung des Polradwinkels q zu einem gegebe nen Zeitpunkt ti, insbesondere im Zeitbereich T, berücksichtigt werden. Verläuft somit die Amplitudenvariation der Amplituden q, unter einem Schwellwert 9_S bzw. einem entsprechenden Schwellwertband 9_S, so kann die Amplitudenvariation als näherungsweise konstant angenommen werden und entsprechen die Amplitu denvariation bei der Ermittlung des Polradwinkels q lediglich als Konstante her angezogen werden. Übersteigt jedoch die Dynamik der Amplituden des Polrad winkels q, diesen Schwellwert 9_S so wird das dynamische Verhalten innerhalb der Zeitdauer T für die Ermittlung des Polradwinkels q herangezogen. Diese können vorliegend entsprechend als Applikationsgröße hinterlegt werden und entspre chend zur Ermittlung des Polradwinkels q nach einem entsprechenden Schaltvor gang herangezogen werden. Die Bestimmung der jeweiligen Applikationsgrößen kann insbesondere mittels Referenzmessungen oder geeigneter Simulationsmo delle erfolgen. Es versteht sich, dass je nach Einfluss von Drehzahlgradienten auf die Applizierbarkeit der Korrekturterme die Schaltvorgänge an geeigneten Stellen im Arbeitsspiel der die elektrische Maschine 30 antreibende Brennkraft maschine vorgenommen werden kann. Hierbei kommen insbesondere Arbeits spiele in Betracht, bei denen ein Drehzahlverlauf n mit möglichst flachem also geringem Gradienten zu erwarten ist.

Eine mögliche Variante der Applikation kann sein, die Einschwingdauer T in Ab hängigkeit der entsprechenden Betriebsparameter, wie zum Beispiel Drehzahl der elektrischen Maschine oder deren Ausgangsspannung, anzugeben und die Zeitpunkte t, und Amplituden 9, der Minima und Maxima währen des Einschwenk vorgangs auszuwerten. Für die Ermittlung des entsprechenden Polradwinkels q während des Einschwingvorgangs im Zeitbereich T kann zwischen den applizier ten Werten der Verlaufskurve interpoliert werden. Hierbei bieten sich Interpolati onsverfahren an, die linear, quadratisch oder auf eine exponentielle Interpolation zurückgreifen. Je nach Art und Umfang der Dynamik und des entsprechenden Interpolationsverfahren lässt sich eine entsprechende Korrektur je nach Bedarf anpassen bzw. die Genauigkeit abhängig vom numerischen Aufwand nahezu be liebig erhöhen. Auf Basis des Interpolationsverfahrens können sodann entspre chende Korrekturtherme berechnet werden, die zu einer Korrektur des Polrad winkels q herangezogen werden.

In einer weiteren Alternative können die entsprechenden Korrekturterme die zur Korrektur der Flankenzeitpunkte bzw. zur Korrektur des Polradwinkels q heran gezogen werden auch im laufenden Betrieb gelernt werden. Dies wird anhand von Figur 12 illustriert. Gezeigt ist der Verlauf eines typischen Phasensignals Uu, wie es an einer elektrischen Maschine 30 erfasst werden kann. Zum Zeitpunkt ti wird der Zustand des Spannungsreglers vom Schaltzustand Sl, in dem ein Stromfluss in den elektrischen Speicher S freigegeben ist, in Schaltzustand S2, in dem der Stromfluss in den elektrischen Speicher S durch Kurzschließen der Phasen U, V, W der elektrischen Maschine 30 unterbunden ist, geändert. Hier durch erhöht sich der Polradwinkel von einem ersten stationären Niveau 8si auf ein weiteres stationäres Niveau 8s₂. Außerdem wird dieser weitere Polradwinkel q₅₂ in der ersten Zeit nach dem Schaltvorgang durch dynamische Vorgänge überlagert und weist Werte auf, die von den Werten der den Schaltzuständen zu gehörigen Berechnungsvorschriften oder Kennfeldern abweichen. Die Ermittlung dieser abweichenden dynamischen Polradwinkelwerte können durch Extrapola tion des Drehzahlsignals ermittelt werden.

Hierzu wird in einem ersten Schritt angenommen, dass der Polradwinkel nach dem Schaltvorgang direkt seinen weiteren stationären Wert 8s₂ annimmt. Aus dem geometrischen Abstand der Signalflanken und der Winkeldifferenz aus den stationären Polradwinkeln 8si und 8s₂ wird der Winkel zwischen den Signalflan ken berechnet, der sich bei rein stationärem Polradwinkelverhalten ergeben würde. Aus den Zeitabständen der Signalflanken vor dem Schaltvorgang bzw. dem zugehörigen Drehzahlverlauf n kann durch Extrapolation der Auftrittszeit punkt der ersten Signalflanke FL‘uu nach dem Schaltvorgang unter Annahme sta tionärer Polradwinkel der Zeitabstand At_korri geschätzt werden. Nach Detektion der tatsächlichen ersten Signalflanke FLuu nach dem Schaltvorgang wird aus der Differenz des gemessenen und des geschätzten Zeitabstands At_korri der zugehö rige Winkel zu dieser Zeitdifferenz bestimmt und dieser als Korrekturterm zur Er mittlung des ersten dynamischen Polradwinkels 8_k0rri nach dem Schaltvorgang verwendet. Ebenso kann für die zweite Signalflanke FLu_d zur Ermittlung von At_k0rr2 und dem zugehörigen zweiten dynamischen Polradwinkel 8_korr2 verfahren werden. Sollten weitere Flanken nach dem Schaltvorgang von den dynamischen Einschwingvorgängen des Polradwinkels betroffen sein, können auch für diese weiteren Flanken entsprechende Korrekturterme auf die gleiche Weise ermittelt werden.

Zur Erzielung einer guten Extrapolationsqualität können zum einen verschiedene Extrapolationsverfahren, wie beispielsweise lineare, quadratische, exponentielle oder Spline-Interpolation, verwendet werden. Je nach vorliegendem Drehzahlver lauf kann hierbei das Extrapolationsverfahren in geeigneter Weise gewählt wer den. Zum anderen bietet es sich an, den Schaltvorgang und damit das Ermitt lungsverfahren zu Zeitpunkten durchzuführen, an denen der Drehzahlverlauf eine besonders geringe oder bekannte Dynamik aufweist, sodass der Drehzahlein fluss bei der Extrapolation einfach berücksichtigt werden kann und das Ergebnis der Ermittlung der Korrekturterme nicht beeinflusst.

Statt einer Ermittlung von Korrekturtermen, die durch Addition zum stationären Polradwinkel den entsprechenden dynamischen Polradwinkel S_kon-i, 9_korr2 liefern, können auch Korrekturfaktoren ermittelt werden, die multiplikativ den gesuchten Polradwinkel ergeben.

Statt einer Schätzung der Auftrittszeitpunkte der Signalflanken Fl’uu, Fl‘ud unter Annahme stationärer Polradwinkel durch Extrapolation des vorhergehenden Ver laufs des Drehzahlsignals kann auch ein Signalverlauf eines vergleichbaren Be triebspunkts aus vorgehenden Umdrehungen, der nicht durch einen Schaltvor gang beeinflusst wurde, verwendet werden und die Auftrittszeitpunkte der unbe einflussten beziehungsweise beeinflussten Signalflanken verglichen und daraus die Korrekturterme beziehungsweise Korrekturfaktoren zur Berechnung des dy namischen Polradwinkels S_kon-i, S_korr2 ermittelt werden.

Die bestimmten Korrekturterme beziehungsweise Korrekturfaktoren und die sich daraus ergebenden dynamischen Polradwinkel ö_korri, ö_kor^nach einem Schaltvor gang können insbesondere zur Ermittlung der Drehwinkellage a des Rotors 32 der elektrischen Maschine 30 herangezogen werden. Hierbei ist vorteilhaft, dass auch sich verändernde Maschinenparameter im Laufe der Zeit bei der Ermittlung des Polradwinkels q berücksichtigt werden können. Dies ist insbesondere bei elektrischen Maschinen 30 relevant, deren Eigenschaften sich im laufenden Be trieb im Laufe der Zeit verändern. Demnach können entsprechende Degrada tionseffekte der elektrischen Maschine 30 im laufenden Betrieb bei der Ermittlung des Polradwinkels q stets berücksichtigt werden.

In Figur 13 ist schematisch ein Ablaufdiagramm angegeben, dem das zuvor be reits beschriebene Verfahren zur Ermittlung des Polradwinkels q zugrunde liegt.

In Schritt SU1 wird mittels des Ladereglers LR die elektrische Maschine 30 be schältet, wobei hierbei entweder der erste Schaltzustand S1 oder der weitere Schaltzustand S2 eingenommen wird. In Schritt SU2 wird mittels einer jeweiligen Bestimmungsvorschrift Kl für den ersten Schaltzustand S1 und K2 für den weite ren Schaltzustand S2 der Polradwinkel q in einem stationären Zustand der elektrischen Maschine 30 ermittelt. In einem weiteren alternativen Schritt SU3 werden dynamische Einschwingvorgänge D in einem Zeitbereich T, der für eine jeweilige elektrische Maschine 30 typisch ist, bei der Ermittlung des Polradwin kels q berücksichtigt. In einem weiteren alternativen Schritt SU4 können zudem eine entsprechende Korrektur anhand sich verändernder Betriebsparameter der elektrischen Maschine im laufenden Betrieb der elektrischen Maschine 30 bei der Korrektur des Polradwinkels q berücksichtigt werden.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels (q) einer elektrischen Ma schine (30), welche einen Rotor (32) und einen Stator (33), mit zumindest einer Phasenwicklung (U, V, W) aufweist, wobei der elektrischen Maschine (30) ein schaltender Laderegler (LR) zugeordnet ist, der zur Regelung der elektrischen Maschine (30) und Beaufschlagung eines elektrischen Speichers (S) mit elektri scher Energie eingerichtet ist, wobei der Laderegler (LR) einen ersten Schaltzu stand (Sl) aufweist, in dem der elektrischen Speicher (S) mit elektrischer Energie beaufschlagt wird, und einen weiteren Schaltzustand (S2) aufweist, in dem die Beaufschlagung des elektrischen Speichers (S) mit elektrischer Energie zumin dest teilweise unterbunden wird, wobei der Polradwinkel (q) im ersten Schaltzu stand (Sl) mittels einer ersten Bestimmungsvorschrift (Kl) und im weiteren Schaltzustand (S2) mittels einer weiteren Bestimmungsvorschrift (K2) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im ersten Schaltzustand (Sl) die elektri sche Maschine (30) derart betätigt wird, dass der elektrischen Speicher (S) mit elektrischer Energie beaufschlagt wird, wobei im weiteren Schaltzustand (S2) die elektrische Maschine (30) derart betätigt wird, dass der Stromfluss von der elektrischen Maschine (30) in den elektrischen Speicher (S) durch Kurzschließen zumindest einer der Phasenwicklungen (U, V, W) oder durch Stromfreistellen zu mindest einer der Phasenwicklungen (U, V, W) ohne Last geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Rahmen der ersten Bestim mungsvorschrift (Kl) der Polradwinkel (q) auf Basis eines numerischen Models und/oder auf Basis eines Kennfelds (OK_QPPI) und/oder im Rahmen der weiteren Bestimmungsvorschrift (K2) der Polradwinkel (q) auf Basis eines weiteren nume rischen Models und/oder auf Basis eines weiteren Kennfelds (Ok _hh2) ermittelt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei der ersten Bestimmungsvorschrift (Kl) die Spannung (U_Bat) des elektrischen Speichers (S) bei der Ermittlung des Polradwinkels (q) der elektrischen Maschine (30) berücksichtigt wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei inner halb einer Zeitdauer (T) nach einer Beschaltung der elektrischen Maschine (30) im Rahmen des ersten Schaltzustands (Sl) und/oder nach einer Beschaltung der elektrischen Maschine (30) im Rahmen des weiteren Schaltzustands (S2) die durch die Beschaltung bewirkten dynamischen Einschwingvorgänge (D) im zeitli chen Verlauf zumindest einer der der Ermittlung des Polradwinkels (q) zugrunde liegenden Maschinengrößen der elektrischen Maschine (30) bei der Ermittlung des Polradwinkels (q) der elektrischen Maschine (30) berücksichtigt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die dynamischen Einschwingvorgänge (D) im zeitlichen Verlauf des Polradwinkels (q) derart charakterisiert werden, dass Amplituden (q,) des Polradwinkels (q) und/oder Betriebsparameter der elektrischen Maschine (30) innerhalb der Zeitdauer (T) bestimmt und als Maß für die Berücksichtigung der dynamischen Einschwingvorgänge (D) bei der Ermitt lung des Polradwinkels (q) herangezogen werden.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kennfeld (O_KQPPI) oder das weitere Kennfeld (Ok _hh2) als Eingangsgröße zumin dest die Ausgangsspannung (U_G) der elektrischen Maschine (30) und die Dreh zahl (n) oder die Zeit (At) zwischen zwei Flanken (Flu_u, Flv_u, Flwu, Flud, Flvd, Flwd) zumindest eines Phasensignals (Uu, Uv, Uw, lu, lv, Iw) und als Ausgangsgröße den Polradwinkel (q) aufweist.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zu mindest ein in zumindest einem der Kennfelder hinterlegter Wert für den Polrad winkel (q) in einer ersten Umdrehung des Rotors (32) herangezogen und dieser Wert durch einen auf Basis von Messungen ermittelten Wert (q,) des Polradwin kels (q) innerhalb der Zeitdauer (T) der dynamischen Einschwingvorgänge (D) korrigiert wird, wobei der korrigierte Polradwinkel (S_kon-i, S_kor^) in einer weiteren Umdrehung des Rotors (32), insbesondere im Zeitbereich weiterer dynamischer Einschwingvorgänge, genutzt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der ungestörte Verlauf von elektrischen Maschinengrößen der elektrischen Maschine (30), die zur Ermittlung des Polradwinkels (q) herangezogen werden, in einem gleichen oder bezüglich des Polradwinkelverlaufs (q) vergleichbaren Betriebspunkt der elektrischen Maschine (30) gelernt werden, in dem kein Schaltvorgang (Sl, S2) auftritt, wobei durch Vergleich des ungestörten Verlaufs der elektrischen Maschi nengrößen mit dem Verlauf der elektrischen Maschinengrößen nach zumindest einem der Schaltvorgänge (Sl, S2) ein weiter korrigierter Polradwinkel (ö_korri, 9_korr2) ermittelt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Unterbinden des Stromflusses von der elektrischen Maschine (30) in den elektrischen Spei cher (S) abhängig von zumindest einer Drehwinkellage (ap_hase) des Rotors (32) durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Polradwinkel (q) zur Ermittlung der Drehwinkellage (ap_hase) des Rotors (32) herangezogen wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Phasensig nale (U u, Uv, Uw, I u , I v, Iw) der elektrischen Maschine (30) mittels einer elektroni schen Schaltung, insbesondere einem Motorsteuergerät (122) verarbeitet wer den.

13. Recheneinheit, vorzugsweise ein Motorsteuergerät (122) für eine Brennkraft maschine (12), die durch eine entsprechende integrierte Schaltung und/oder durch ein auf einem Speicher gespeichertes Computerprogramm dazu eingerich tet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.

14. Computerprogramm, das eine Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Rechenein heit ausgeführt wird.

15. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Com puterprogramm nach Anspruch 14.