WO2017137131A1 - Ermitteln eines verzögerungsmoments einer mit einem freilauf an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine - Google Patents

Ermitteln eines verzögerungsmoments einer mit einem freilauf an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine Download PDF

Info

Publication number
WO2017137131A1
WO2017137131A1 PCT/EP2016/082684 EP2016082684W WO2017137131A1 WO 2017137131 A1 WO2017137131 A1 WO 2017137131A1 EP 2016082684 W EP2016082684 W EP 2016082684W WO 2017137131 A1 WO2017137131 A1 WO 2017137131A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electric machine
speed
internal combustion
combustion engine
phase
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/082684
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Mehringer
Joerg Maas
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN201680081660.4A priority Critical patent/CN108702127A/zh
Priority to EP16820294.3A priority patent/EP3414832A1/de
Publication of WO2017137131A1 publication Critical patent/WO2017137131A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/06—Control effected upon clutch or other mechanical power transmission means and dependent upon electric output value of the generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0241—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/008—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output wherein the generator is controlled by the requirements of the prime mover

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a deceleration torque of a coupled to a freewheel to an internal combustion engine electric machine, and a computing unit, preferably a controller for an electric machine, and a computer program for its implementation.
  • electrical machines for regulating the vehicle electrical system voltage in vehicles, electrical machines, in particular externally excited electrical machines, can be used. These have a controller which regulates the excitation current of the electric machine as a function of the vehicle electrical system voltage.
  • the most accurate possible knowledge of the torque absorbed by an electric machine is generally of general interest, in particular in order to regulate accordingly a control of an internal combustion engine driving the electric machine.
  • the knowledge of this torque absorption of the electric machine is also of special interest, in particular when the internal combustion engine is in a control-critical operating condition, such as the idle state.
  • the torque absorbed by the electric machine in tips can assume very high values, the power output of the internal combustion engine or the associated torque being rather small or fluctuating, which can result in considerable speed instabilities of the internal combustion engine. In extreme cases, this can even lead to that the generator 'stalled' the combustion engine with its torque, that is, the rotation of the internal combustion engine stops. This is due to the fact that the internal combustion engine only outputs its torque in a pulse-like manner, ie in each of the power strokes. In the intermediate phases, the internal combustion engine can not control its torque.
  • torque detection methods are known from the prior art, which estimate the presence of the torque via a detection of the excitation current of an electrical machine and its speed.
  • this is a rather cumbersome and not sufficiently accurate for some applications method, since in addition to the excitation current and the speed additional power loss components of the electric machine enter into the process that must be either estimated or elaborately calculated by means of a model.
  • Such a method is described for example in DE 100 401 112 AI.
  • an electrical machine can also be an electric machine which can be operated as a generator and / or motor, for example a so-called starter generator.
  • the invention relates to a method for determining a deceleration torque of an electric machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine, as well as to a computing unit and a computer program for carrying it out with the features of the independent patent claims.
  • advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
  • the method is used to determine a deceleration torque of a coupled to a freewheel to an internal combustion engine electric machine.
  • the electric machine can be driven by the internal combustion engine, wherein the electric machine with the internal combustion engine typically fixedly connected and can be coupled to the crankshaft, for example by means of a belt drive. Due to the coupling between the electric machine and the internal combustion engine, depending on the operating state of the electric machine, torque can be transmitted to the electric machine by the internal combustion engine. On the part of the electric machine, the torque of the internal combustion engine is counteracted by a deceleration moment, which should be overcome, in particular in the idling state, in order not to impair the operation of the internal combustion engine.
  • a time profile of the rotational speed of the electric machine is detected.
  • the detection of the rotational speed of the electric machine can basically by a speed sensor, for example on the shaft of the electric machine or on the basis of a phase signal of the electric machine, but also on the basis of
  • Data detected by an engine control unit can be determined.
  • a freewheeling phase is a state in which the freewheel, via which the electric machine is coupled to the internal combustion engine, is active. The freewheel is active when the speed of the electric machine, the crankshaft speed of Brennkraftma- exceeds.
  • the freewheeling phases as such can also be detected with the aforementioned measures.
  • the deceleration torque of the electric machine is determined by evaluating the time change of the rotational speed of the electric machine in the freewheeling phase.
  • the deceleration torque of the electric machine can only be determined based on simple physical variables when the electric machine is decoupled from the internal combustion engine. This is in a forced coupling of the electric machine with an internal combustion engine, for example via a belt drive, in particular the case when the respective coupling element engages via a freewheel to the electric machine and the freewheel is in a corresponding freewheeling state.
  • the respective retarding torque of the electric machine in the respective operating state of the electric machine can be determined in a very simple manner.
  • the rotational speed of the electric machine is determined from at least one phase signal of the electric machine, in particular a phase voltage and / or a phase current of the electric machine.
  • This refinement is advantageous since the rotational speed can be determined directly from measured variables already available in the electrical machine, without requiring a further sensor, for example a rotational speed sensor which determines the rotational speed of the machine or a signal of an external computing unit, for example an engine control unit must be used to determine the speed of the electric machine.
  • the detection of the rotational speed is carried out by means of a controller of the electric machine.
  • cumulative or alternative determination of the operating states of the electric machine or of the freewheeling states having the freewheeling phases as such and the determination of the deceleration torque of the electrical machine are likewise effected by means of the controller of the electrical machine.
  • the controller is structurally integrated into the electric machine or arranged on the electric machine.
  • the execution of the respective method steps in the controller of the electric machine is advantageous because it does not necessarily to carry out the individual steps or the entire process flow a communication line, for example, a LIN connection between the electric machine and an external unit such as an engine control unit.
  • the electrical machine and the associated controller are thus basically configured to carry out individual steps of the method or the entire method completely autonomously from an external computing unit.
  • a manipulated variable influencing the deceleration torque is changed.
  • the actuating variable influencing the deceleration torque is detected before the chronological progression of the rotational speed of the electric motor
  • the freewheeling phase of the electric machine is detected by detecting the change of the
  • the manipulated variable influencing the deceleration torque is also timed to detect the time profile of the rotational speed can be summarized in order to achieve the previously described goal or goals described below.
  • the manipulated variable influencing the deceleration torque is preferably the exciter current of the electrical machine.
  • other manipulated variables influencing the deceleration torque can also be changed in order to achieve the effects described above or below.
  • a freewheeling phase of the electric machine In a freewheeling phase of the electric machine whose speed change or speed gradient is significantly related to the deceleration torque of the electric machine.
  • a freewheeling phase of the electric machine can be very reliably detected, since, as a first approximation, the rotational speed is dependent on the decelerating torque of the electric machine only in the freewheeling phases, whereas the rotational speed in the phase in which the electrical machine is driven by the internal combustion engine is not significantly affected by the deceleration torque of the electric machine.
  • this only applies as long as the deceleration torque does not reach values sufficient to significantly influence the operating state of the internal combustion engine.
  • the extent of the torque application can be selected correspondingly or corresponding threshold values can be provided during the detection.
  • a further advantageous effect of a change, the manipulated variable influencing the deceleration torque can be seen in the fact that here specifically machine-side parameters which have a direct influence on the deceleration moment of the electrical machine and in turn depend on the exciter current can be varied accordingly.
  • the manipulated variable influencing the decelerating torque is reduced to a minimum value, preferably to zero.
  • Influence on its deceleration torque for the time of reduction of the manipulated variable to a minimum value or to zero reduced or set to zero. All power dissipation components that are not dependent on the excitation current, such as the power loss due to a fan of the electrical machine or due to bearing losses, can be made directly accessible thereby and be determined. This has the advantage that as a result damage or defects of the bearing and / or the fan of the electric machine can be determined. In addition, it can be concluded on knowledge of the respective contributions to the deceleration torque of the fan or bearing on the deceleration torque of the freewheel.
  • a defect of the electric machine can be determined here, which have a direct influence on the freewheeling phase. These include, for example, defects of the freewheel and / or effects of the bearing of the electric machine.
  • the change of the manipulated variable influencing the deceleration torque of the electrical machine takes place clocked.
  • a timing of the manipulated variable, in particular of the excitation current is particularly advantageous, since in this way the clock frequency and the amplitude of the manipulated variable can be chosen such that a freewheeling phase can be determined very simply by determining the significant pattern on the basis of the clock pattern. Furthermore, this can be minimized by the choice of the amplitude and the repetition rate of the timing disadvantageous influence of this change in the manipulated variable, for example, on the smoothness of the internal combustion engine or a disturbance of the energy fed into the electrical system of a motor vehicle.
  • the clock frequency is greater, more preferably at least by a factor of 2 greater than a frequency of the oscillating speed fluctuation of the internal combustion engine. This refinement is particularly advantageous since typically the freewheel is active in the falling speed flanks of the oscillating speed fluctuations caused by the internal combustion engine.
  • the free-running phase of the electric machine by detecting a time interval of the rotational speed from the time profile of the rotational speed, wherein the time interval has a maximum speed, a minimum speed and an intermediate speed maximum and minimum speed arranged falling speed edge, and by detecting one for the Freewheel state characteristic behavior of the speed of the electric machine in the time range of the falling speed edge can be determined.
  • This method for determining a freewheeling phase of the electric machine can be used either cumulatively or alternatively to the previously described method in which the freewheeling phase is determined by a change in a manipulated variable influencing the decelerating torque.
  • the advantages are that the results resulting from the respective investigation methods are compared and the respective free-wheeling phase can be determined on a redundant basis, which significantly increases a reliable determination of a freewheeling phase.
  • a determination of the freewheeling phase can be determined in a particularly simple manner only by the course determination of the temporal speed behavior of the electric machine, without this in addition still another manipulated variable must be changed.
  • the time interval is selected such that this additionally has an ascending speed edge, wherein the freewheeling phase is determined by comparing the ascending speed edge and the descending speed edge.
  • the speed behavior of an electric machine coupled via a freewheel to a firing machine typically has an asymmetrical course, with the rotational speed flanks, which are correlated with a drive phase of the electric machine, running significantly steeper than the falling speed flanks, which are correlated with the freewheeling phase. From this characteristic course, a free-wheeling state of the electric machine can also be determined safely and particularly easily.
  • the free-running state of the electric machine can be determined by comparing the rotational speed of the electric machine and the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine.
  • comparing the rotational speed of the internal combustion engine, in particular the crankshaft speed in comparison with the rotational speed of the electric machine can be particularly easy to determine based on the speed difference, when the electric machine has a freewheeling phase.
  • the information about the crankshaft speed for example, based on an engine control unit and to the electric machine, in particular their controller by means of a communication connection, in particular a LIN connection can be determined.
  • an efficiency of the electric machine by determining a mechanical power, which is determined from the deceleration torque of the electric machine and the speed thereof, and the ratio of the mechanical power with an electrical power of the electrical Machine to be determined.
  • a direct determination of the efficiency of the electric machine, which is driven by the internal combustion engine, usually fails because the drive torque of the internal combustion engine as such can not be determined.
  • a state has to be found in which the electrical machine is decoupled from the internal combustion engine and runs out without drive. Such a state is given in the free-running state of the electric machine, whereby the efficiency of the electric machine can be determined in a particularly simple manner.
  • a further advantageous embodiment of the invention manifests itself in a computing unit, in particular a controller for an electrical machine, which is set up to carry out a method according to the above statements.
  • Figure la shows a via a freewheel to an internal combustion engine
  • FIG. 1b shows an exemplary profile of the electrical power, the mechanical power and the deceleration torque of an electrical machine as a function of the rotational speed
  • Figure lc shows a schematic representation of the determination of the deceleration torque of an electrical machine according to the prior art
  • Figure 2a shows one with a freewheel to an internal combustion engine
  • FIG. 2b shows a schematic representation of a device according to the invention
  • Figure 2c shows a time course of a phase voltage and the speed derived therefrom
  • Figure 3a shows a time course of a rotational speed of an electric machine and the time course of a rotational speed of an internal combustion engine without load of the electric machine
  • Figure 3b shows the time course of the rotational speed of an electrical
  • Figure 4 shows a schematic representation of the speed characteristics of an electric machine with different load application
  • FIG. 5 shows a chronological comparison of different torques applied to an electrical machine at different loads of the electric machine.
  • FIG. la a well-known from the prior art system of a motor vehicle electrical system 10 and a coupled by means of a freewheeling element 11 to an internal combustion engine 12 electric machine 14 is shown, wherein the electric machine 14, the motor vehicle electrical system 10 feeds with energy.
  • the electric machine 14 is driven by means of a coupling element 16 - typically a belt drive - wherein the coupling element 16 is fixed on the side of the internal combustion engine 12 to a crankshaft 17 and on the side of the electric machine 14 on a provided with the freewheel 11 role.
  • a computing unit 18 in the form of a controller 20 is provided, which adjusts the excitation current IE IT of the electric machine 14 as a function of the voltage of the electrical system 10.
  • FIG. 1b This is illustrated, for example, in FIG. 1b.
  • the electrical power of the electric machine dashed
  • the mechanical power of the electric machine dotted
  • the torque absorption solid line
  • the torque absorption of the electric machine 14 has a local maximum, especially in the speed range around the idling operation about 800 rpm, which makes the range around the idle mode for the internal combustion engine 12 particularly regular. It may happen that the engine control unit 22 is no longer able to regulate the internal combustion engine 12 accordingly, whereby the internal combustion engine can be strangled by a sudden increase in the deceleration torque of the electric machine 14.
  • FIG. 2 shows a method according to the invention for determining a decelerating torque M of an electrical machine on the basis of the electrical machine 114 shown in FIG. 2 a, coupled to a freewheeling element 111 to an internal combustion engine 112, which by means of a coupling element 116 of FIG the internal combustion engine 112 is driven.
  • the combination of electrical machine 114 and internal combustion engine 112, as shown in Figure 2 is similar in many parts of the combination shown in Figure 1, which is why the same reference numerals have been used for identical or similar elements and the function and location of the individual elements is identical.
  • the coupling element 116 is operatively connected to the crankshaft 117 of the internal combustion engine 112 on the engine side.
  • the internal combustion engine 112 outputs the torque in a pulse-like manner to the crankshaft 117 due to the operating cycles of the respective cylinders of the internal combustion engine 112.
  • the pulsed torque output of the internal combustion engine 112 is accompanied by abrasion of the coupling element 116, which is alleviated by the free-wheeling element 111 provided on the electric machine 114.
  • the electric machine 114 also has an arithmetic unit, preferably a regulator 120, which regulates the energy fed to the motor vehicle electrical system 119 by prescribing an excitation current ⁇ ⁇ ⁇ .
  • a communication connection 124 may also be provided (shown in dashed lines).
  • the controller 120 is also provided to perform the method described below for determining the deceleration torque M of the electric machine 114.
  • the deceleration torque M of the electric machine 114 is determined on physical state variables, as described below.
  • the moment of inertia is essentially dependent on the mass and the geometry of the rotor. These variables are basically for each runner, which is installed in an electric machine, readily ascertainable.
  • the moment of inertia of the rotor does not substantially change in a first approximation during operation of the electric machine and can thus be stored as a constant variable, for example in a characteristic field.
  • the torque is generally defined as the time derivative of the angular momentum.
  • the equation of state of all existing in the system of the internal combustion engine 112 and electric machine 114 torques results from the sum of all applied torques, this by given is.
  • the torque of the drive MßkM so the part of the torque of the internal combustion engine 112, which is transmitted via the belt to the electric machine, can not be readily determined.
  • a ripple of the speed arises, in which the electric machine 114 more or less regularly arranged freewheel Phfi phases, which are interrupted by drive phases Phant of the internal combustion engine (see Figure 3).
  • the electric machine 114 is decoupled from the internal combustion engine 112 and the torque equation is simplified accordingly:
  • the electrical machine 114 can determine the respective instantaneous rotational speed via the phase signal 121 applied to the electric machine 114, in particular in the form of a phase voltage 121a or a phase current, by means of the regulator 120, the electric machine 114 or the regulator 120 is set up to perform the Recognize time periods of the freewheel accordingly and to determine the respective deceleration torque of the electric machine 114 from the respective torque curve in the state freewheel PhiFi.
  • the determination of the rotational speed 122 takes place via the phase signal 121 of the electric machine 114 and is shown schematically in FIG. 2c. It is understood, however, that the rotational speed of the electric machine 114 can also be determined in other ways, for example by means of a rotational speed sensor.
  • phase signal 121 is one of the phase voltages 121a of the electrical machine. It goes without saying that in principle any desired phase voltage of one or more phases of the electric machine 114, but also the respective phase currents, can be used in order to determine therefrom the speed signal of the electric machine 114. When using more than one phase voltage, a correspondingly higher temporal resolution of the speed signal can be achieved (not shown).
  • the phase voltage 121a extends in a generator with current output in a first approximation rectangular.
  • An average phase time T phase can be detected at this signal of the phase voltage 121a, which can best be determined on the steep edges of the phase voltage 121a.
  • the generator speed thus results from the formula: where nGen is the rotational speed of the electric machine 114 in revolutions per minute, and PPZ is the pole pair number of the electric machine 114.
  • Pole pair number of the generator The corresponding values of the rotational speed 122 and an average rotational speed 122m, which corresponds to the mean value of the rotational speed 122 within a time interval, are also shown in FIG. 2c as points or as a line.
  • the time interval can in particular be selected such that it is averaged over several oscillations.
  • the speed can preferably be determined digitally.
  • the instantaneous speed ⁇ can be determined digitally.
  • the controller 118 may store a fixed number of rotational speed values in a memory, for example in a shift register (not shown) and at least one maximum within each one oscillation cycle and determine a minimum instantaneous speed.
  • the maximum and minimum instantaneous speeds are preferably the peak speeds in the respectively recorded time range. The difference between these speeds is a measure of the torque output by the engine 112.
  • the rotational speed can be determined on the basis of the rising and falling edges of the phase voltage 121a.
  • any number of rpm values can be detected in the memory, although approximately one complete cycle of a vibration should be recorded for an evaluation.
  • Such a manipulated variable for example, the excitation current ⁇ ⁇ ⁇ -.
  • the load-sensitive behavior of the speed gradient in a freewheeling phase Phfi can thus be used, for example, to detect a freewheeling phase Phfi.
  • the load-sensitive behavior of the rotational speed gradient 122a, 122b in the time range of a falling edge 124 of the rotational speed 122 is significant, in particular in a freewheeling phase Phfi, since in this case the electrical machine is decoupled from the moving masses of the internal combustion engine 112.
  • the freewheeling phase in the electric machine 114 can either be determined as described above, via a change in a manipulated variable influencing the deceleration torque ⁇ ⁇ , or else in other ways.
  • One possibility here is, for example, a determination of the freewheeling phases based on empirical values, in which it is determined whether the freewheel 111 of the electric machine 114 is active when the internal combustion engine 112 is idling. This information can be stored for example in the engine control unit 122 and transmitted via the communication interface 124 to the controller, which can then cause a determination M of the deceleration torque of the electric machine 114.
  • Yet another way to detect the freewheeling phase of the electric machine 114 is a comparison of the current speed of the crankshaft 117 with the current speed of the electric machine 114. Due to the different speeds in the freewheeling phase of the electric machine 114 is also between operations in which the Freewheel 117 is only temporarily active, and operations in which the freewheel is not active, a difference in the speed recognizable.
  • This transmission ratio can be stored as a constant, for example in a map and used for comparison. In a PhiAnt drive phase, the transmission ratio always corresponds to the specified value. However, if the freewheel is active, the quotient of the rotational speed of the electric machine 114 and the internal combustion engine 112 is greater than the stored transmission ratio, which can be concluded that an active freewheel.
  • the average crankshaft speed or the average speed of the internal combustion engine 112 can be provided based on the data of the engine control unit 122 and communicated via the communication link 124 to the controller 120 of the electric machine 114, which determines the respective freewheeling phases PhiFL accordingly.
  • the presence of freewheeling phases PIIFL of the electric machine 114 can also be determined by merely comparing the average rotational speed of the crankshaft 117 of the internal combustion engine 112 with the average rotational speed of the electric machine 114. If the ratio of the speeds is greater than the transmission factorWAN are time shares with an activated freewheel, the freewheeling phases are present at times with decreasing speeds.
  • Another way to detect the presence of free-running phases PIIFL is to set the minimum speed value of the internal combustion engine 112 with the minimum speed value of the electric machine 114 in the ratio.
  • coasting phases in certain operating states of the internal combustion engine e.g. Idling regularly occur.
  • this can infer the presence of freewheeling phases.
  • the freewheeling phases are then again in the time ranges with max. negative speed gradient.
  • the time profile of the rotational speed of the internal combustion engine 112 (solid line) is the rotational speed curve 122a of the electric machine 114 at a first load (dotted line) and the rotational speed curve 122b of the electrical machine 114 at a second load, which is increased in comparison to the first load the electric machine, shown.
  • the deceleration torque of the electric machine 114 can be determined by the gradient of the speed drop in a freewheeling phase PIIFL of the electric machine 114.
  • FIG. 5 shows the rotational speed curve from FIG. 4 with the rotational speed n.sub.km * ÜB of the internal combustion engine 112 and the rotational speed 122a of the electric machine 113 with a first load and the rotational speed 122b of the electric machine 114 with a second load.
  • the corresponding delay moments Mi and M2 (indicated by dotted lines) caused by the electric machine are shown, where Mi is assigned to the lower load and M2 to the higher load.
  • phase signal 121 of the electric machine 114 is shown, with which the respective rotational speed signals are sampled.
  • the number of expected voltage pulses can be stored accordingly, for example in a memory.
  • the number of expected voltage pulses 121a is twelve, since the number of pulses with a transmission ratio of 3 and a pole pair number of 8 and a cylinder number of 4 was determined.
  • this is an arbitrary number, which is essentially dependent on the transmission ratio UB, the pole pair number and the number of cylinders of the internal combustion engine 112.
  • the derivation thereof is in particular the description of Figure 2c) remove.
  • the numerical values given serve to serve the qualitative description of the invention and that there is no compelling restriction to these numerical values.
  • the efficiency ⁇ of the electrical machine 114 can be determined in a very simple way.
  • the electric power P e i can be determined by means of the excitation current I EIT of the rotational speed nGen and of the generator voltage UGen, for example, from a characteristic field or using a model.
  • the efficiency of the electric machine can be determined in a very simple way.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments (M) einer mit einem Freilauf (111) an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114), die die Schritte Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer Drehzahl (nGen) der elektrischen Maschine (114), Ermitteln eines Freilaufphasen (PhFI ) aufweisenden Betriebszustands der elektrischen Maschine (114), Ermitteln des Verzögerungsmoments Mgen der elektrischen Maschine durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl (nGen) der elektrischen Maschine (114) in der Freilaufphase (PhFI) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Recheneinheit (118), die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein entsprechendes Computerprogramm.

Description

Beschreibung Titel
Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine, sowie eine Recheneinheit, vorzugsweise einem Regler für eine elektrische Maschine, und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Zur Regelung der Bordnetzspannung in Fahrzeugen, können elektrische Maschinen, insbesondere fremderregte elektrische Maschinen, verwendet werden. Diese weisen einen Regler auf, der in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung den Erregerstrom der elektrischen Maschine regelt.
Eine möglichst genaue Kenntnis des durch eine elektrische Maschine aufgenommenen Drehmoments, ist grundsätzlich von allgemeinem Interesse, insbesondere um eine Steuerung einer die elektrische Maschine antreibende Brennkraftmaschine entsprechend zu regeln. Die Kenntnis dieser Drehmomentaufnahme der elektrischen Maschine, ist jedoch auch von speziellem Interesse, insbesondre dann, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem regelungstechnisch gesehen kritischen Betriebszustand, wie zum Beispiel dem Leerlaufzustand befindet. Im Leerlaufzustand kann das durch die elektrische Maschine aufgenommene Drehmoment in Spitzen sehr hohe Werte annehmen, wobei die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine, bzw. das hiermit verbundene Drehmoment eher gering bzw. schwankend ist, was erhebliche Drehzahlinstabilitäten der Brennkraftmaschine zur Folge haben kann. Im Extremfall kann dies sogar dazu führen, dass der Generator mit seinem Drehmoment die Verbrennungsmaschine .abwürgt', also die Drehung der Brennkraftmaschine zum Erliegen bringt. Dies hängt damit zusammen, dass der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nur pulsartig abgibt, also jeweils in den Arbeitstakten. In den Zwischenphasen kann der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nicht steuern.
Um das zu vermeiden, ist eine möglichst exakte Ermittlung des Verzögerungsmoments der an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine erforderlich.
Hierzu sind aus dem Stand der Technik, Drehmomentermittlungsverfahren bekannt, die über eine Erfassung des Erregerstroms einer elektrischen Maschine und dessen Drehzahl das Anliegen des Drehmoments schätzen. Hierbei handelt es sich jedoch um ein eher umständliches und für manche Anwendungen nicht ausreichend genaues Verfahren, da neben dem Erregerstrom und der Drehzahl zusätzliche Verlustleistungsbestandteile der elektrischen Maschine in das Verfahren eingehen, die entweder geschätzt oder mittels eines Models aufwendig berechnet werden müssen. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DE 100 401 112 AI beschrieben.
Ist nachfolgend allgemein von einer elektrischen Maschine die Rede, kann es sich hierbei auch um eine generatorisch und/oder motorisch betreibbare elektrische Maschine handeln, beispielsweise um einen sogenannten Startergenerator.
Es wäre daher vorteilhaft, das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zum Ermitteln des Drehmoments der elektrischen Maschine dahingehend weiter zu entwickeln, dass ein Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine mit geringerem Aufwand und höherer Genauigkeit ermittelbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Es werden ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren dient zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine kann durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei die elektrische Maschine mit der Brennkraftmaschine typischerweise fest verbunden und an deren Kurbelwelle, beispielsweise mittels eines Riementriebs, gekoppelt sein kann. Durch die Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine kann je nach Betriebszustand der elektrischen Ma- schine von der Brennkraftmaschine Drehmoment auf die elektrische Maschine übertragen werden. Seitens der elektrischen Maschine steht dem Drehmoment der Brennkraftmaschine ein Verzögerungsmoment entgegen, das insbesondere im Leerlaufzustand überwunden werden sollte, um den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht zu beinträchtigen.
Um das jeweilige Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine zu ermitteln, wird ein zeitlicher Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine erfasst. Das Erfassen der Drehzahl der elektrischen Maschine kann grundsätzlich durch einen Drehzahlgeber, beispielsweise an der Welle der elektrischen Maschine oder auf Basis eines Phasensignals der elektrischen Maschine, aber auch anhand von
Daten, die von einem Motorsteuergerät erfasst wurden, ermittelt werden.
Im Anschluss wird ein Freilaufphasen aufweisender Betriebszustand der elektrischen Maschine ermittelt. Die Ermittlung eines derartigen Betriebszustands kann ebenfalls entweder durch aus dem Generator erhaltenen Daten oder aus Daten des Motorsteuergeräts ermittelt werden. Bei einer Freilaufphase handelt es sich um einen Zustand, bei der der Freilauf, über den die elektrische Maschine an die Brennkraftmaschine gekoppelt ist, aktiv ist. Der Freilauf ist dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftma- schine übersteigt. Die Freilaufphasen als solche können mit den zuvor genannten Maßnahmen ebenfalls erfasst werden.
Im Anschluss hieran wird das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine in der Freilaufphase ermittelt.
Es wurde erkannt, dass das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine basierend auf einfachen physikalischen Größen nur dann ermittelbar ist, wenn die elektrische Maschine von der Brennkraftmaschine entkoppelt ist. Dies ist bei einer Zwangskopplung der elektrischen Maschine mit einer Brennkraftmaschine, beispielsweise über ein Riementrieb, insbesondere dann der Fall, wenn das jeweilige Koppelelement über einen Freilauf an die elektrische Maschine angreift und sich der Freilauf in einem entsprechenden Freilaufzustand befindet. Somit lässt sich durch die Auswertung der zeitlichen Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine im Freilaufzustand das jeweilige Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine im jeweiligen Betriebszustand der elektrischen Maschine auf sehr einfache Art und Weise ermitteln.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Drehzahl der elektrischen Maschine aus zumindest einem Phasensignal der elektrischen Maschine, insbesondere einer Phasenspannung und/oder einem Phasenstrom der elektrischen Maschine, ermittelt. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da die Drehzahl direkt aus bereits in der elektrischen Maschine zur Verfügung stehenden Messgrößen ermittelt werden kann, ohne dass hierzu ein weiterer Sensor, beispielsweise ein Drehzahlsensor, der die Drehzahl der Maschine bestimmt oder ein Signal einer externen Recheneinheit, beispielsweise eines Motorsteuergerätes herangezogen werden muss, um die Drehzahl der elektrischen Maschine zu ermitteln.
Es ist weiter bevorzugt, dass das Erfassen der Drehzahl mittels eines Reglers der elektrischen Maschine ausgeführt wird. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass kumulativ oder alternativ das Ermitteln der die Freilaufphasen aufweisenden Be- triebszustände der elektrischen Maschine bzw. der Freilaufzustände als solche und das Ermitteln des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine ebenfalls mittels des Reglers der elektrischen Maschine bewirkt werden. Der Regler ist hierbei baulich in die elektrische Maschine integriert oder an der elektrischen Maschine angeordnet. Das Ausführen der jeweiligen Verfahrensschritte im Regler der elektrischen Maschine ist vorteilhaft, da es zur Durchführung der einzelnen Schritte bzw. des gesamten Verfahrensablaufs nicht zwingend einer Kommunikationsleitung, zum Beispiel einer LIN-Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und einer externen Einheit beispielsweise einem Motorsteuergerät, bedarf. Die elektrische Maschine und der damit verbundene Regler sind somit grundsätzlich dazu eingerichtet, einzelne Schritte des Verfahrens bzw. das gesamte Verfahren völlig autark von einer externen Recheneinheit durchzuführen.
Es versteht sich jedoch, dass eine solche Verbindung zwischen dem Regler der elektrischen Maschine und einer externen Einheit, insbesondere eines Motor- Steuergeräts, durchaus vorgesehen sein kann, um die in dem Verfahren ermittelten Verzögerungsmomente der elektrischen Maschine an das Motorsteuergerät weiterzuleiten, so dass das Motorsteuergerät die Regelung der Brennkraftmaschine entsprechend auf das Verzögerungsmoment des Generators anpassen kann, um einen möglichst störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine zu er- möglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgröße verändert. Hierbei ist es besonders von Vorteil, wenn die das Verzögerungsmoment beeinflussende Stell- große vor dem Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl der elektrischen
Maschine verändert wird, da hierdurch auf sehr einfache Art und Weise die Freilaufphasen aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl ermittelbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Freilauf- phase der elektrischen Maschine durch Erfassen der von der Änderung der das
Bremsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße abhängigen Zeitbereiche der Drehzahl ermittelt.
Es versteht sich jedoch, dass die das Verzögerungsmoment beeinflussend Stellgröße auch zeitlich zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl fasst werden kann, um das zuvor bezeichnete Ziel bzw. noch nachfolgend beschriebene Ziele zu erreichen. Bei der das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße handelt es sich vorzugsweise um den Erregerstrom der elektrischen Maschine. Es versteht sich jedoch, dass auch andere das Verzögerungs- moment beeinflussende Stellgrößen verändert werden können, um die zuvor bzw. nachfolgend beschriebenen Wirkungen zu erreichen.
In einer Freilaufphase der elektrischen Maschine hängt dessen Drehzahländerung bzw. Drehzahlgradient maßgeblich mit dem Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine zusammen. Durch ein Verändern einer das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße kann sehr sicher eine Freilaufphase der elektrischen Maschine erkannt werden, da in erster Näherung die Drehzahl nur in den Freilaufphasen vom Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine abhängig ist, wohingegen die Drehzahl in der Phase in der die elektrische Ma- schine durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, nicht nennenswert durch das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflusst wird. Dies gilt jedoch nur, solange das Verzögerungsmoment keine Werte erreicht, die ausreichen, um den Betriebszustand der Brennkraftmaschine nennenswert zu beeinflussen. Hierbei kann das Ausmaß der Drehmomentbeaufschlagung entspre- chend gewählt werden bzw. entsprechende Schwellenwerte bei der Erfassung vorgesehen sein.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt einer Veränderung, der das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße ist darin zu sehen, dass hier gezielt maschi- nenseitige Parameter, die direkten Einfluss auf das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine haben und ihrerseits vom Erregerstrom abhängig sind, entsprechend variiert werden können. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgröße auf einen Minimalwert, vorzugsweise auf null, reduziert wird. Hierdurch können alle vom Erregerstrom abhängigen Verlustleistungskomponenten der elektrischen Maschine, die direkt
Einfluss auf dessen Verzögerungsmoment haben, für die Zeit der Reduzierung der Stellgröße auf einen Minimalwert bzw. auf null reduziert bzw. auf null gesetzt werden. Alle nicht vom Erregerstrom abhängigen Verlustleistungskomponenten, wie zum Beispiel die Verlustleistung bedingt durch einen Lüfter der elektrischen Maschine bzw. durch Lagerverluste, können hierdurch direkt zugänglich gemacht und bestimmt werden. Dies hat den Vorteil, dass sich hierdurch Schädigungen bzw. Defekte des Lagers und /oder des Lüfters der elektrischen Maschine ermittelbar sind. Zudem kann bei Kenntnis der jeweiligen Beiträge zum Verzögerungsmoment von Lüfter bzw. Lager auf das Verzögerungsmoment des Freilaufs geschlossen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann durch Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl der elektrischen Maschine in einer Freilaufphase mit einem typischen gespeicherten zeitlichen Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine in einer Freilaufphase, insbesondere bei gleichen oder vergleichbaren Betriebsbedingungen, ein Defekt der elektrischen Maschine ermittelt werden. Hierbei können insbesondere Defekte der elektrischen Maschine ermittelt werden, die direkten Einfluss auf die Freilaufphase haben. Hierzu zählen beispielsweise Defekte des Freilaufs und/oder Effekte des Lagers der elektrischen Maschine.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Änderung der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße getaktet. Eine Taktung der Stellgröße, insbesondere des Erregerstroms, ist besonders vorteilhaft, da hierdurch die Taktfrequenz und die Amplitude der Stellgröße derart gewählt werden kann, dass anhand des Taktmusters eine Freilaufphase sehr einfach durch Ermitteln des signifikanten Musters ermittelbar ist. Des Weiteren kann hierbei durch die Wahl der Amplitude und der Repetitionsrate der Taktung ein nachteiliger Einfluss dieser Änderung der Stellgröße, beispielsweise auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine bzw. auf eine Störung der in das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eingespeisten Energie, minimiert werden.
Es ist weiter bevorzugt, dass die Taktfrequenz größer, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor 2 größer als eine Frequenz der oszillierenden Drehzahlschwankung der Brennkraftmaschine ist. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da in den abfallenden Drehzahlflanken der durch die Brennkraftmaschine bewirkten oszillierenden Drehzahlschwankungen typischerweise der Freilauf aktiv ist. Durch die Wahl der Taktfrequenz kann somit das Tastverhältnis derart eingestellt werden, so dass die Freilaufphasen im zeitlichen Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine sicher auflösbar sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Freilaufphase der elektrischen Maschine durch Erfassen eines Zeitintervalls der Drehzahl aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl, wobei das Zeitintervall ein Drehzahlmaximum, eine Drehzahlminimum und eine Zwischendrehzahlmaximum und Drehzahlminimum angeordnete abfallende Drehzahlflanke aufweist, und durch Erfassen eines für den Freilaufzustand charakteristischen Verhaltens der Drehzahl der elektrischen Maschine im Zeitbereich der abfallenden Drehzahlflanke ermittelt werden. Dieses Verfahren zum Ermitteln einer Freilaufphase der elektrischen Maschine kann entweder kumulativ oder alternativ zum zuvor beschriebenen Verfahren, bei dem die Freilaufphase durch eine Veränderung einer das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße ermittelt wird, verwendet werden. Bei einer kumulativen Verwendung bieten sich die Vorteile, dass die aus den jeweiligen Ermittlungsverfahren ergebenden Ergebnisse verglichen und die jeweilige Freilaufphase auf redundanter Basis ermittelbar ist, was eine sichere Bestimmung einer Freilaufphase deutlich erhöht. Bei einer alternativen Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens kann eine Ermittlung der Freilaufphase auf besonders einfache Art und Weise lediglich durch die Verlaufsbestimmung des zeitlichen Drehzahlverhaltens der elektrischen Maschine ermittelt werden, ohne dass hierbei zusätzlich noch eine weitere Stellgröße verändert werden muss.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einer Ermittlung der Freilaufphase, wird das Zeitintervall derart gewählt, dass dieses zusätzlich noch eine aufsteigende Drehzahlflanke aufweist, wobei die Freilaufphase durch Vergleich der aufsteigenden Drehzahlflanke und der absteigenden Drehzahlflanke ermittelt wird. Das Drehzahlverhalten einer über ein Freilauf an eine Brennlaufmaschine gekoppelten elektrischen Maschine weist typischerweise einen asymmetrischen Verlauf auf, wobei die Drehzahlflanken, die mit einer Antriebsphase der elektrischen Maschine korreliert sind, deutlich steiler verlaufen als die abfallenden Drehzahlflanken, die mit der Freilaufphase korreliert sind. Aus diesem charakteristischen Verlauf kann ebenfalls ein Freilaufzustand der elektrischen Maschine sicher und besonders einfach ermittelt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann der Freilaufzustand der elektrischen Maschine durch Vergleich der Drehzahl der elektrischen Maschine und der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Durch ein Vergleich der Drehzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere der Kurbelwellendrehzahl, im Vergleich mit der Drehzahl der elektrischen Maschine lässt sich anhand der Drehzahldifferenz besonders einfach feststellen, wann die elektrische Maschine eine Freilaufphase aufweist. Die Information über die Kurbelwellendrehzahl kann beispielsweise auf einem Motorsteuergerät bezogen und an die elektrische Maschine, insbesondere deren Regler mittels einer Kommunikationsverbindung, insbesondere einer LIN-Verbindung ermittelt werden. Es ist möglich entweder mit hoher zeitlicher Auflösung die Drehzahl zu übermitteln und damit zeitgenau zu erfassen, zu welchen Zeitpunkten eine Drehzahldifferenz zwischen der übertragenen und der selbst, beispielsweise in der Recheneinheit der elektrischen Maschine ermittelten Drehzahl auftritt. Es ist aber auch möglich in einer niedrigeren Zeitbasis den gemittelten Drehzahlwert zu übertragen. Wenn dieser gemittelte Drehzahlwert von dem selbst bestimmten gemittelten Generatordrehzahlwert abweicht, so muss ein Freilaufzustand teilweise vorhanden sein, der immer in den Phasen des Drehzahlabfalls aktiv ist.
Die zuvor beschriebenen Verfahren zur Erkennung eines Freilaufzustands können kombiniert, jedoch aber auch in Alleinstellung verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann in einem weiteren Verfahrensschritt ein Wirkungsgrad der elektrischen Maschine durch Ermitteln einer mechanischen Leistung, die aus dem Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine und deren Drehzahl ermittelt wird, und dem in Verhältnis setzen der mechanischen Leistung mit einer elektrischen Leistung der elektrischen Maschine ermittelt werden. Eine direkte Ermittlung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine, die von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, scheitert üblicherweise daran, dass das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine als solches nicht ermittelbar ist. Somit muss um den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine zu ermitteln ein Zustand gefunden werden, in dem die elektrischen Maschine von der Brennkraftmaschine entkoppelt ist und antriebsfrei ausläuft. Ein solcher Zustand ist im Freilaufzustand der elektrischen Maschine gegeben, wodurch auf besonders einfache Art und Weise der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine ermittelbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung manifestiert sich in einer Recheneinheit, insbesondere eines Reglers für eine elektrische Maschine, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß der vorstehenden Ausführungen auszuführen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be- Schreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur la zeigt eine über einen Freilauf an eine Brennkraftmaschine
gekoppelte elektrische Maschine, in schematischer Darstellung;
Figur lb zeigt einen exemplarischen Verlauf der elektrischen Leistung, der mechanischen Leistung sowie des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Drehzahl;
Figur lc zeigt eine schematische Darstellung der Ermittlung des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik; Figur 2a zeigt eine mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine
gekoppelte elektrische Maschine in einer schematischen
Darstellung;
Figur 2b zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Ermitteln des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine;
Figur 2c zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Phasenspannung sowie die hieraus abgeleitete Drehzahl; Figur 3a zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer elektrischen Maschine sowie den zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine ohne Last der elektrischen Maschine;
Figur 3b zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer elektrischen
Maschine unter Last und den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer Brennkraftmaschine;
Figur 4 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Drehzahlverläufe einer elektrischen Maschine mit unterschiedlicher Lastbeaufschlagung;
Figur 5 zeigt eine zeitliche Gegenüberstellung unterschiedlicher an einer elektrischen Maschine anliegenden Drehmomente bei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine.
In Figur la ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes System aus einem Kraftfahrzeugbord netz 10 und einer mittels eines Freilaufelements 11 an eine Brennkraftmaschine 12 gekoppelten elektrischen Maschine 14 gezeigt, wobei die elektrische Maschine 14 das Kraftfahrzeugbordnetz 10 mit Energie speist. Die elektrische Maschine 14 wird mittels eines Kopplungselements 16 - typischerweise ein Riementrieb - angetrieben, wobei das Kopplungselement 16 auf Seiten der Brennkraftmaschine 12 an einer Kurbelwelle 17 und auf Seiten der elektrischen Maschine 14 an einer mit dem Freilauf 11 versehenen Rolle festgelegt ist. Zur Regelung der Spannung im Bordnetz 10 ist eine Recheneinheit 18 in Form eines Reglers 20 vorgesehen, der in Abhängigkeit von der Spannung des Bordnetzes 10 den Erregerstrom I EIT der elektrischen Maschine 14 entsprechend einregelt.
Durch eine Veränderung des Erregerstroms I EIT verändert sich die Last der elektrischen Maschine 14 und damit deren Verzögerungsmoment, das durch ein entsprechendes Drehmoment der Brennkraftmaschine 12 zu überwinden ist, um einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine 12 zu gewährleisten. Dies kann jedoch insbesondere bei Betriebszuständen, in denen sich die Brennkraftmaschine in einem Zustand befindet, der sensibel auf Störungen reagiert - wie zum Beispiel dem Leerlaufzustand - nachteilige Folgen haben, da hierdurch bei kurzzeitigen Veränderungen des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 14 ein enormer Regelbedarf der Brennkraftmaschine 12 durch ein Motorsteuergerät 22 entsteht.
Dies ist beispielsweise in Figur lb abgebildet. Hier ist die elektrische Leistung der elektrischen Maschine (gestrichelt), die mechanische Leistung der elektrischen Maschine (gepunktet) und die Drehmomentaufnahme (durchgezogene Linie) der elektrischen Maschine exemplarisch gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass die Drehmomentaufnahme der elektrischen Maschine 14 gerade im Drehzahlbereich um den Leerlaufbetrieb ca. 800 U/min ein lokales Maximum aufweist, was gerade den Bereich um den Leerlaufbetrieb für die Brennkraftmaschine 12 besonders regelintensiv macht. Es kann vorkommen, dass das Motorsteuergerät 22 nicht mehr in der Lage ist, die Brennkraftmaschine 12 entsprechend einzuregeln, wodurch durch eine sprunghafte Vergrößerung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 14 die Brennkraftmaschine abgewürgt werden kann.
Um dies zu verhindern und die Brennkraftmaschine 12 mittels des Motorsteuergeräts 22 entsprechend regeln zu können, wird im Stand der Technik das Verzö- gerungsmoment der elektrischen Maschine 14 auf Grundlage des Erregerstroms lErr Und der Drehzahl der elektrischen Maschine geschätzt. Dies ist jedoch sehr ungenau, da alle Verlustleistungskomponenten der elektrischen Maschine, beispielsweise betreffend den Ständer Pst, die Eisenverluste PE, die Rotorverluste PRO, die Lüfterverluste Pvent, und die Lagerverluste Pi_a lediglich geschätzt wer- den können (vergleiche Figur lc). All diese Zustandsgrößen müssen für eine Abschätzung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine für die jeweiligen Betriebszustände in einem Kennfeld hinterlegt werden, was ein solches Verfahren zudem sehr aufwendig macht. Aufgrund der Schätzung einer Vielzahl der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 14 beeinflussenden Fakto- ren ist dieses Verfahren zudem für viele Anwendungen nicht ausreichend genau.
In Figur 2 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments M einer elektrischen Maschine anhand der in Figur 2a dargestellten, mit einem Freilaufelement 111 an eine Brennkraftmaschine 112 gekoppelten elektrischen Maschine 114 gezeigt, die mittels eines Kopplungselements 116 von der Brennkraftmaschine 112 angetrieben wird. Die Kombination aus elektrischer Maschine 114 und Brennkraftmaschine 112, wie sie in Figur 2 abgebildet ist, ist in weiten Teilen der in Figur 1 gezeigten Kombination ähnlich, weshalb teilweise für gleiche bzw. vergleichbare Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet wurden und die Funktion und Lage der einzelnen Elemente entsprechend identisch ist.
Das Kopplungselement 116 ist motorseitig mit der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 wirkverbunden. Die Brennkraftmaschine 112 gibt bedingt durch die Arbeitstakte der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 112 das Drehmoment impulsartig an die Kurbelwelle 117 ab. Mit der impulsartigen Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112 geht ein Abrieb des Kopplungselements 116 einher, der durch das an der elektrischen Maschine 114 vorgesehene Freilaufelement 111 gelindert wird.
Die elektrische Maschine 114 weist zudem noch eine Recheneinheit, vorzugsweise einen Regler 120, auf, der durch Vorgabe eines Erregerstroms Ι ΕΓΓ die an das Kraftfahrzeugbordnetz 119 eingespeiste Energie regelt. Zum Erfassen und Übertragen von Daten mit einer Motorsteuereinheit 122 kann zudem eine Kommunikationsverbindung 124 vorgesehen sein (gestrichelt dargestellt). Der Regler 120 ist zudem dazu vorgesehen, das-nachfolgend beschriebene Verfahren zum Ermitteln des Verzögerungsmomentes M der elektrischen Maschine 114 durchzuführen. Das Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 wird auf physikalischen Zustandsgrößen, wie nachfolgend beschrieben, ermittelt.
Die inhärente Massenträgheit eines Körpers, vorliegend der Läufer der elektrischen Maschine 114, wird beschrieben über den Drehimpuls der rotierenden Massen L= ωχ J, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Läufers und J dessen Trägheitsmoment ist. Das Trägheitsmoment ist im Wesentlichen abhängig von der Masse und der Geometrie des Läufers. Diese Größen sind grundsätzlich für jeden Läufer, der in eine elektrische Maschine eingebaut wird, ohne weiteres ermittelbar. Das Trägheitsmoment des Läufers verändert sich in erster Näherung während eines Betriebs der elektrischen Maschine nicht wesentlich und kann somit als konstante Größe beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt werden. Das Drehmoment ist allgemein definiert als zeitliche Ableitung des Drehimpulses. Die Zustandsgieichung aller im System der Brennkraftmaschine 112 und elektrischen Maschine 114 vorhandenen Drehmomente ergibt sich durch die Summe aller anliegenden Drehmomente, wobei diese durch
Figure imgf000016_0001
gegeben ist.
Das Drehmoment des Antriebs MßkM, also der Teil des Drehmoments der Brennkraftmaschine 112, der über den Riemen an die elektrische Maschine übermittelt wird, ist nicht ohne Weiteres ermittelbar. Hier macht man sich zunutze, dass aufgrund der impulsartigen Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112 eine Welligkeit der Drehzahl entsteht, bei der die elektrische Maschine 114 mehr oder weniger regelmäßig angeordnete Freilaufphasen Phfi aufweist, die von Antriebsphasen Phant der Brennkraftmaschine unterbrochen werden (vgl. Figur 3). Während diesen Freilaufphasen Phfi ist die elektrische Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt
Figure imgf000016_0002
und die Drehmomentgleichung vereinfacht sich entsprechend:
Μ + d/dt ωχ 0 , beziehungsweise MGen = -d/dt
Damit kann durch Ermittlung der Drehzahl im Zeitbereich einer Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 direkt das anliegende Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden, das summarisch über magnetische Kräfte, Reibungsverluste, aerodynamische Verluste, usw. beeinflusst wird.
Da die elektrische Maschine 114 mittels des Reglers 120 die jeweilige Momentandrehzahl über das an der elektrischen Maschine 114 anliegende Phasensignal 121, insbesondere in Form einer Phasenspannung 121a bzw. eines Phasenstroms ermitteln kann, ist die elektrische Maschine 114 bzw. der Regler 120 dazu eingerichtet, die Zeitperioden des Freilaufs entsprechend zu erkennen und aus dem jeweiligen Drehmomentverlauf im Zustand Freilauf PhiFi das jeweilige Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. Die Ermittlung der Drehzahl 122 erfolgt über das Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 und ist schematisch in Figur 2c dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 auch auf anderem Wege, beispielsweise anhand eines Drehzahlsensors ermittelt werden kann. Die Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 und die Drehzahl (nGen), können auf
Basis der Beschreibung analog verwendet werden.
Die Ermittlung des Drehzahlsignals 122 aus einem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 ist in Figur 2c näher beschrieben. Bei dem Phasensignal 121 handelt es sich vorliegend um eine der Phasenspannungen 121a der elektrischen Maschine. Es versteht sich, dass hierzu grundsätzlich jede beliebige Phasenspannung einer oder mehrerer Phasen der elektrischen Maschine 114, aber auch die jeweiligen Phasenströme verwendbar sind, um hieraus das Drehzahlsignal der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. Bei Verwendung von mehr als einer Phasenspannung kann eine entsprechend höhere zeitliche Auflösung des Drehzahlsignals erreicht werden (nicht dargestellt).
Die Phasenspannung 121a verläuft bei einem Generator mit Stromabgabe in erster Näherung rechteckförmig. An diesem Signal der Phasenspannung 121a kann eine mittlere Phasenzeit Tphase erfasst werden, wobei diese sich am besten an den steilen Flanken der Phasenspannung 121a ermitteln lässt. Die Generatordrehzahl ergibt sich demnach aus der Formel:
Figure imgf000017_0001
wobei nGen die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in Umdrehungen pro Minute ist und PPZ die Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114.
Die Kurbelwellendrehzahl bei inaktivem Freilauf - elektrische Maschine wir durch die Brennkraftmaschine getrieben - ergibt sich aus der Formel: nKW = 60/(T * PPZ * Üb), wobei nkw die Kurbelwellendrehzahl in Umdrehungen pro Minute ist, Üb das Übertragungsverhältnis zwischen Kurbelwelle und Generatorwelle und PPZ die
Polpaarzahl des Generators. Die hierzu korrespondierenden Werte der Drehzahl 122 und einer mittleren Drehzahl 122m, die dem Mittelwert der Drehzahl 122 innerhalb eines Zeitintervalls entspricht, sind in Figur 2c ebenfalls als Punkte bzw. als Linie dargestellt. Das Zeitintervall kann insbesondere derart gewählt werden, dass über mehrere Oszillationen gemittelt wird.
Die Drehzahl kann vorzugsweise digital ermittelt werden. Mittels einer Messung der zeitlichen Abstände Tphase der Amplituden in dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114, kann, wie bereits beschrieben, die Momentandrehzahl ηκνν ermittelt werden. Sofern Parameter wie Zylinderzahl, Übertragungsverhältnis und Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114 im erfassten Zeitraum bekannt sind, kann der Regler 118 eine feste Anzahl von Drehzahlwerten in einem Speicher, zum Beispiel in einem Schieberegister, (nicht dargestellt) einspeichern und zumindest innerhalb eines Schwingungszyklusses jeweils eine maximale und eine minimale Momentandrehzahl ermitteln. Bei den maximalen und minimalen Momentandrehzahlen handelt es sich vorzugsweise um die Peak- drehzahlen im jeweils erfassten Zeitbereich. Die Differenz zwischen diesen Drehzahlen ist ein Maß für das durch die Brennkraftmaschine 112 abgegebene Drehmoment. Zur genauen Ermittlung von Tphase ist es vorteilhaft, eine hohe zeitliche Auflösung um den Mittelwert von Tphase zu gewährleisten. Hierbei kann für eine bessere Auflösung die Drehzahl auf Basis der ansteigenden und abfallenden Flanken der Phasenspannung 121a ermittelt werden. Im Speicher können grundsätzlich beliebig viele Drehzahlwerte erfasst werden, wobei jedoch etwa ein ganzer Zyklus einer Schwingung für eine Auswertung erfasst werden sollte.
Um darzustellen, dass die Abtastrate des Generators ausreichend ist, um die Drehzahl 122 und insbesondere die der Drehzahl überlagerten Oszillationen ent- sprechend aufzulösen, sollen nachfolgend die Verhältnisse der entsprechenden
Frequenzen betrachtet und mit dem Nyquist-Kriterium abgeglichen werden. Das Nyquist-Kriterium fordert, dass fe/fmoment > = 2. Bezogen auf die Motordrehzahl ergibt sich die Generatorfrequenz bei inaktivem Freilauf, d.h. starrer Kopplung der elektrischen Maschine mit der Brennkraftmaschine, bzw. die Frequenz der elektrischen Maschine mit
Figure imgf000019_0001
wobei riKw die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist.
In Kombination mit der Gleichung für fmoment = ηκνν/60 * Zylinderzahl/2 ergibt sich fe/f moment- 2 * Ub * PPZ / Zylinderzahl.
Damit ergibt sich beispielsweise für Üb = 3, PPZ = 6, Zylinderzahl = 4, dass der Quotient fe/fmoment = 9 ist. Selbst bei sehr großen hochzylindrigen Motoren, bei¬ spielsweise eines 12-Zylinder-Motors, beträgt das Verhältnis fe/fmoment = 3, wobei auch hier das Nyquist-Abtastkriterium stets erfüllt ist.
In Figur 3 ist der Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine 112 (gestrichelte Linie) und der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine 114 (durchgezogene Linie) mit zwei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine 114 im ersten Fall ohne eine an der elektrischen Maschine anliegenden Last (Figur 3a) und mit einer an der elektrischen Maschine anliegenden Last (Figur 3b) dargestellt.
Die unterschiedlichen Lasten an der elektrischen Maschine 114 gehen zwangsläufig mit unterschiedlichen Verzögerungsmomenten der elektrischen Maschine 114 einher. Dies ist daran zu erkennen, dass im Zeitbereich einer Freilaufphase Phfi der Gradient der abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine ohne Last (vgl. Figur 3a) deutlich geringer ist, als der Gradient der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit Last (vgl. Figur 3b). Bei einer ansteigenden Flanke 126 der Drehzahl 122 ist ein vergleichbares Verhalten nicht zu beobachten. Die Last und damit das Verzögerungsmoment MGen der elektrischen Maschine 114 kann demnach durch eine das Verzögerungsmoment MGen beeinflussende Stellgröße geregelt werden. Eine derartige Stellgröße ist beispielsweise der Erregerstrom Ι ΕΠ-. Das lastsensitive Verhalten des Drehzahlgradienten in einer Freilaufphase Phfi kann somit beispielsweise dazu benutzt werden, um eine Freilaufphase Phfi zu erkennen. Das lastsensitive Verhalten des Drehzahlgradienten 122a, 122b im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 ist insbesondere in einer Freilaufphase Phfi signifikant, da in diesem Fall die elektrische Maschine von den bewegten Massen der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt ist .
Darüber hinaus kann durch eine Reduzierung der das Verzögerungsmoment ΜΘΘΠ beeinflussenden Stellgröße, mithin bis auf null, alle von der jeweiligen Stellgröße abhängigen Verlustleistungskomponenten, die wiederum das Verzögerungsmoment ΜΘΘΠ beeinflussen, minimiert bzw. eliminiert werden, wodurch Defekte der elektrischen Maschine 114, wie zum Beispiel Defekte des Generatorlagers der elektrischen Maschine 114 bzw. des Freilaufs 111 ermittelbar sind. Hierbei sind sowohl graduelle Verschlechterungen der jeweiligen Lager bzw. des Freilaufs, aber auch ein vollständiger Defekt - blockierter Freilauf - grundsätzlich ermittelbar.
Die Freilaufphase in der elektrischen Maschine 114 können entweder wie zuvor bereits beschrieben, über eine Veränderung einer das Verzögerungsmoment ΜΘΘΠ beeinflussenden Stellgröße, aber auch anderweitig ermittelt werden. Eine Möglichkeit bietet hier beispielsweise eine Bestimmung der Freilaufphasen aus Erfahrungswerten, bei der ermittelt wird, ob im Leerlauf der Brennkraftmaschine 112 der Freilauf 111 der elektrischen Maschine 114 aktiv ist. Diese Informationen können beispielsweise im Motorsteuergerät 122 hinterlegt werden und über die Kommunikationsschnittstelle 124 an den Regler übermittelt werden, welcher daraufhin eine Bestimmung M des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 114 veranlassen kann.
Eine weitere Möglichkeit bietet der Vergleich der ansteigenden Flanken der Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in der Antriebsphase PhiAnt und der abfallenden Flanke der Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in der Freilaufphase PhiFL. Wie in den Figuren 3a und 3b deutlich zu erkennen ist, sind die ansteigenden Flanken in der Antriebsphase und die abfallenden Flanken in der Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 stets asymmetrisch zu den jeweiligen Maxima und Minima im Drehzahlverlauf. Anhand dieser charakteristischen und asymmetrischen Verlaufs der Drehzahl kann der Freilaufzustand Ph.Fi_ bezie- hungsweise der Antriebszustand PhiAnt der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden.
Eine noch weitere Möglichkeit die Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 zu erfassen, ist ein Vergleich der aktuellen Drehzahl der Kurbelwelle 117 mit der aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine 114. Aufgrund der unterschiedlichen Drehzahlen in der Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 ist auch zwischen Vorgängen, bei denen der Freilauf 117 lediglich zeitweise aktiv ist, und Vorgängen bei denen der Freilauf nicht aktiv ist, ein Unterschied in der Drehzahl erkennbar. Dies lässt sich insbesondere durch das Übertragungsverhältnis des Riementriebs zwischen Kurbelwelle 117 und der elektrischen Maschine 114 ermitteln, wobei hierbei das Übertragungsverhältnis ÜB bei einer Zwangskopplung der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 zugrunde gelegt wird. Dies ergibt sich aus dem Verhältnis der Drehzahlen der elektrischen Maschine 114 bzw. der Brennkraftmaschine 112, nGen nßkm = Üb. Dieses Übertragungsverhältnis kann als Konstante beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt werden und zum Abgleich herangezogen werden. In einer Antriebsphase PhiAnt entspricht das Übertragungsverhältnis stets dem angegebenen Wert. Ist jedoch der Freilauf aktiv, ist der Quotient aus der Drehzahl der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 größer als das hinterlegte Übertragungsverhältnis, wodurch auf einen aktiven Freilauf geschlossen werden kann. Die mittlere Kurbelwellendrehzahl bzw. die mittlere Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 kann anhand der Daten des Motorsteuergeräts 122 bereitgestellt und mittels der Kommunikationsverbindung 124 an den Regler 120 der elektrischen Maschine 114 übermittelt werden, der die jeweiligen Freilaufanteile bzw. Freilaufphasen PhiFL entsprechend festlegt.
In einem weiteren Verfahren kann das Vorhandensein von Freilaufphasen PIIFL der elektrischen Maschine 114 auch dadurch bestimmt werden, dass lediglich die mittlere Drehzahl der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 mit der mittleren Drehzahl der elektrischen Maschine 114 verglichen werden. Sofern das Verhältnis der Drehzahlen größer ist als der Übertragungsfaktor Üb liegen Zeitanteile mit einem aktivierten Freilauf vor, wobei die Freilaufphasen zu Zeiten mit sinkenden Drehzahlen anliegen. Eine weitere Möglichkeit das Vorhandensein von Freilaufphasen PIIFL ZU erkennen, besteht darin, den Minimalen Drehzahlwert der Brennkraftmaschine 112 mit dem minimalen Drehzahlwert der elektrischen Maschine 114 ins Verhältnis zu setzen. Sofern das Verhältnis der Drehzahlen größer ist als der Übertragungsfaktor Üb müssen Zeitanteile mit einem aktivierten Freilauf vorliegen, wobei Freilaufphasen zu Zeiten mit sinkenden Drehzahlen vorliegen, genauer zu den Zeiten mit dem größten negativen Drehzahlabfall. Gleichermaßen können auch vom Übertragungsfaktor abhängige Größen wie die Frequenz eines Phasensignals der elektrischen Maschine 112 herangezogen werden und mit einem entsprechenden Referenzwert verglichen werden.
In einer weiteren Ausprägung wäre vorausgesetzt, dass Freilaufphasen in bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, z.B. Leerlauf regelmäßig auftreten. Durch Übertragung dieses Betriebszustandes vom Motorsteuergerät an den Regler kann dieser auf das Vorhandensein von Freilaufphasen schließen. Die Freilaufphasen befinden sich dann wiederum in den Zeitbereichen mit max. negativem Drehzahlgradienten.
In Figur 4 ist der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 (durchgezogene Linie) der Drehzahlverlauf 122a der elektrischen Maschine 114 bei einer ersten Last (gepunktete Linie) und der Drehzahlverlauf 122b der elektrischen Maschine 114 bei einer zweiten, im Vergleich zur ersten Last vergrößerten Last der elektrischen Maschine, dargestellt. Hieran soll nochmals verdeutlicht werden, dass das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 durch den Gradienten des Drehzahlabfalls in einer Freilaufphase PIIFL der elektrischen Maschine 114 ermittelbar ist.
In Figur 5 sind der Drehzahlverlauf aus Figur 4 mit der Drehzahl nßkm *ÜB der Brennkraftmaschine 112 und der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine 113 mit einer ersten Last und der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit einer zweiten Last gezeigt. Dem gegenüber gestellt, sind die entsprechenden durch die elektrische Maschine bewirkten Verzögerungsmomente Mi und M2 (gepunktet dargestellt), wobei Mi der geringeren und M2 der höheren Last zugeordnet ist. Als gestrichelte Linie sind noch die an der elektrischen Maschine 114 anliegenden Gesamtdrehmomente MGi und MG2 dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass beim Entkoppeln der elektrischen Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 in den Freilaufphasen PIIFL diese auf das jeweilige Niveau der Verzögerungsmomente Mi bzw. M2 abfällt und beim Wiedereingriff der Brennkraftmaschine 112 wieder entsprechend sprunghaft ansteigt. Somit entspricht das in den Freilaufphasen PIIFL anliegende Drehmoment genau dem Verzögerungsmoment
M, während in den Antriebsphasen PhiAn das Verzögerungsmoment des Generators zwar gleich bleibt aber durch ein hohes Gegenmoment an der Welle gegenkompensiert wird. Des Weiteren ist noch das Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 dargestellt, mit dem die jeweiligen Drehzahlsignale abgetastet werden.
In den Antriebsphasen PhiAnt der elektrischen Maschine ist mehr Drehmoment anliegend als aktuell benötig wird. Dieses überschüssige Drehmoment wird in Form eines Drehzahlanstiegs im Drehimpuls zwischengespeichert. Da dieses anliegende Drehmoment mit den zur Verfügung stehenden Messmitteln nicht sinnvoll erkannt werden kann, ist die Messung des Verzögerungsmoments M der elektrischen Maschine 114 lediglich im Freilauf möglich. Die vorliegenden Daten basieren auf den typischen Zeitverhältnissen für einen Vier- Zylindermotor mit einem Übertragungsverhältnis zwischen elektrischer Maschine und Brennkraftmaschine von 3 am Riementrieb 116 und einer Polpaarzahl von 8 an der elektrischen Maschine 114. Bei einer starren Kopplung (kein aktiver Freilauf) zwischen der Brennkraftmaschine 112 und der elektrischen Maschine 114 ist die Anzahl der Spannungspulse 121a, beispielsweise zwischen zwei Minima des Drehzahlverlaufs, festgelegt. Sofern die Anzahl der Phasenspannungspulse gegenüber der Anzahl an Phasenspannungspulsen, die für eine starre Kopplung zwischen der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 zu erwarten wäre, abweicht, insbesondere sich vergrößert, kann auf das Vorliegen einer Freilaufphase PhiFi geschlossen werden. Die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse kann entsprechend, beispielsweise in einem Speicher, hinterlegt werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse 121a zwölf, da die Anzahl der Pulse mit einem Übertragungsverhältnis von 3 und einer Polpaarzahl von 8 und einer Zylinderzahl von 4 ermittelt wurde. Dies ist jedoch eine willkürliche Anzahl, die im Wesentlichen vom Übertragungsverhältnis ÜB, der Polpaarzahl sowie der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine 112 abhängig ist. Die Herleitung hierzu ist insbesondere der Beschreibung zu Figur 2c) zu entnehmen. Grundsätzlich versteht sich, dass die angegebenen Zahlenwerte der qualitativen Beschreibung der Erfindung dienen und keine zwingende Einschränkung auf diese Zahlenwerte gegeben ist.
Des Weiteren lässt sich durch das Erkennen einer Freilaufphase PhiFi und einem Ermitteln des Verzögerungsmoments ΜΘΘΠ der elektrischen Maschine 114 auf sehr einfachem Wege der Wirkungsgrad μ der elektrischen Maschine 114 bestimmen. Der Wirkungsgrad ergibt sich als Quotient der elektrischen Leistung und der mechanischen Leistung, μ = Pe/Pmech. Die elektrische Leistung Pei ist mittels des Erregerstroms I EIT der Drehzahl nGen und der Generatorspannung UGen z.B. aus einem Kennfeld oder anhand eines Models bestimmbar. Die mechanische Leistung Pmech bestimmt sich aus dem Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine und der Drehzahl nGen mit Pmech =2*Pi*MGen * nGen. Somit lässt sich auf sehr einfachem Wege der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine bestimmen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114), aufweisend die Schritte:
a) Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14);
b) Ermitteln eines Freilaufphasen (PhFi) aufweisenden Betriebszustands der elektrischen Maschine (114);
c) Ermitteln des Verzögerungsmoments (ΜΘΘΠ) der elektrischen Maschine (114) durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14) in der Freilaufphase (PhFi).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14) aus zumindest einem Phasensignal (121 ) der elektrischen Maschine (114), insbesondere einer Phasenspannung (121 a) und/oder einem Phasenstrom der elektrischen Maschine (114), ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) und/oder Schritt b) und/oder Schritt c) mittels eines Reglers (120) der elektrischen Maschine (114) ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14) eine das Verzögerungsmoment (Mcen) beeinflussende Stellgröße, vorzugsweise der Erregerstrom (ΙΕγγ), verändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die das Verzögerungsmoment (Mcen) beeinflussende Stellgröße auf einen Minimalwert, vorzugsweise auf null, reduziert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14) in der Freilaufphase (PhFi) mit einem hinterlegten zeitlichen Verlauf der Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (114) in einer Freilaufphase (PhFi) ein Defekt der elektrischen Maschine (114), vorzugsweise ein Defekt des Freilaufs (11 1 ), weiter vorzugsweise ein Defekt des Lagers der elektrischen Maschine 114 oder des Lüfterrads der elektrischen Maschine 114, ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufphase (PhFi) der elektrischen Maschine (114) durch Erfassen der von der Änderung der das Bremsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße abhängigen Zeitbereiche der Drehzahl (nGen) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der das Bremsmoment der elektrischen Maschine (114) beeinflussenden Stellgröße getaktet erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufphase (PhFi) der elektrischen Maschine (114) durch Erfassen eines Zeitintervalls der Drehzahl (ncen) aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl (nGen) und Erfassen eines für den Freilaufzustand (PhFi) charakteristischen Verhaltens der Drehzahl (nGen) der elektrischen Maschine (114) ermittelt wird, wobei das Zeitintervall ein Drehzahlmaximum, ein Drehzahlminimum und eine zwischen Drehzahlmaximum und Drehzahlminimum angeordneten abfallende Drehzahlflanke aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall derart gewählt wird, dass dieses zusätzlich noch eine aufsteigende Drehzahlflanke aufweist, wobei die Freilaufphase (PhFi) durch Vergleich der aufsteigenden Drehzahlflanke und der absteigenden Drehzahlflanke ermittelt wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufzustand (PhFi) durch Vergleich der Drehzahl (nGen) der elektri- sehen Maschine (114) und der Drehzahl (ΠΒΙ<Μ) der Kurbelwelle (117) der Brennkraftmaschine (112) ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, 5 dass in einem weiteren Schritt d) ein Wirkungsgrad (μ) der elektrischen Maschine
(1 14) durch Ermitteln einer mechanischen Leistung (Pmech) aus dem Verzögerungsmoments (MGen) und dem in Verhältnissetzen der mechanischen Leistung (Pmech) mit einer elektrischen Leistung (Pei) der elektrische Maschine (114), ermittelt wird.
o
13. Recheneinheit (118), insbesondere Regler (120) für eine elektrische Maschine (114), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. 5 14. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (118) dazu veranlasst, ein
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (118) ausgeführt wird.
15. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten 0 Computerprogramm nach Anspruch 14.
5
PCT/EP2016/082684 2016-02-10 2016-12-27 Ermitteln eines verzögerungsmoments einer mit einem freilauf an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine WO2017137131A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680081660.4A CN108702127A (zh) 2016-02-10 2016-12-27 利用自由轮与内燃机耦连的电机的减速扭矩的确定
EP16820294.3A EP3414832A1 (de) 2016-02-10 2016-12-27 Ermitteln eines verzögerungsmoments einer mit einem freilauf an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016201964.3 2016-02-10
DE102016201964.3A DE102016201964A1 (de) 2016-02-10 2016-02-10 Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017137131A1 true WO2017137131A1 (de) 2017-08-17

Family

ID=57708594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/082684 WO2017137131A1 (de) 2016-02-10 2016-12-27 Ermitteln eines verzögerungsmoments einer mit einem freilauf an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3414832A1 (de)
CN (1) CN108702127A (de)
DE (1) DE102016201964A1 (de)
WO (1) WO2017137131A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109633442A (zh) * 2018-12-27 2019-04-16 新疆金风科技股份有限公司 发电机转速波动的检测方法、装置、设备及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10040112A1 (de) 2000-08-17 2002-02-28 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments einer elektrischen Maschine
US20030015927A1 (en) * 2001-07-18 2003-01-23 Denso Corporation Vehicle AC generator
US20060192533A1 (en) * 2005-01-25 2006-08-31 Denso Corporation Method and apparatus for calculating/controlling power generation torque
EP2871346A1 (de) * 2013-11-08 2015-05-13 MAN Truck & Bus Österreich AG Verfahren und System zur Überwachung einer Freilaufriemenscheibe

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007245765A (ja) * 2006-03-13 2007-09-27 Nissan Motor Co Ltd 車両用駆動制御装置
CN102594246A (zh) * 2012-03-02 2012-07-18 北京金自天正智能控制股份有限公司 交流同步电机定转子零频定位控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10040112A1 (de) 2000-08-17 2002-02-28 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments einer elektrischen Maschine
US20030015927A1 (en) * 2001-07-18 2003-01-23 Denso Corporation Vehicle AC generator
US20060192533A1 (en) * 2005-01-25 2006-08-31 Denso Corporation Method and apparatus for calculating/controlling power generation torque
EP2871346A1 (de) * 2013-11-08 2015-05-13 MAN Truck & Bus Österreich AG Verfahren und System zur Überwachung einer Freilaufriemenscheibe

Also Published As

Publication number Publication date
EP3414832A1 (de) 2018-12-19
DE102016201964A1 (de) 2017-08-10
CN108702127A (zh) 2018-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3414543A1 (de) Ermitteln eines betriebszustands einer an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine
EP3408519B1 (de) Ermitteln von betriebszuständen eines verbrennungsmotors durch einen generatorregler einer mit dem verbrennungsmotor gekoppelten elektrischen maschine
DE102009004901A1 (de) Bestimmung einer Maschinendrehzahl auf der Grundlage der Veränderung im dem dem Maschinenanlasser zugeführten Strom
DE102015213768B3 (de) Verfahren zum Ermitteln einer Drehmomentgenauigkeit eines von einem riemen-getriebenen Startergenerator einer Brennkraftmaschine auf die Brennkraftmaschine übertragenen Drehmoments, Recheneinheit und maschinenlesbares Speichermedium
DE112011104717B4 (de) Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Auflader
DE102010038351A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems
DE102013114504A1 (de) Motorsteuerungsgerät und Ansteuerungsverfahren eines Schrittmotors
EP3707486B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur drehmomentmessung im antriebsstrang einer windenergieanlage
EP3414830A1 (de) Ermitteln eines betriebszustands einer an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine
EP3414832A1 (de) Ermitteln eines verzögerungsmoments einer mit einem freilauf an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine
WO2014118245A1 (de) Verfahren zum aktiven dämpfen von drehschwingungen einer welle einer maschine, insbesondere einer kurbelwelle einer hubkolbenmaschine, und eine entsprechende anordnung zur durchführung des verfahrens
DE102016216517A1 (de) Ermitteln einer Zylinderbeschaltung einer Brennkraftmaschine
DE102013101976A1 (de) Motorsteuerung und Verfahren zum Erfassen von Schrittfehlern eines Schrittmotors
DE102015221634A1 (de) Verfahren zur Prädiktion einer Zeitdauer zwischen zwei Signalflanken eines Drehzahlsensorsignals
EP3459171A1 (de) Ermitteln von freilaufphasen einer mit einem freilauf an eine brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine
WO2018082844A1 (de) Reduzierung der drehzahlwelligkeit einer an eine elektrische maschine gekoppelte brennkraftmaschine
EP3507477A1 (de) Ermitteln von betriebszuständen einer brennkraftmaschine durch einen generatorregler einer mit der brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine
WO2018041583A1 (de) Ermitteln von betriebszuständen einer brennkraftmaschine durch einen generatorregler einer mit der brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen maschine
DE102017222842A1 (de) Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug
DE102015213763B3 (de) Verfahren zum Ermitteln einer Drehmomentgenauigkeit eines von einem riemen-getriebenen Startergenerator einer Brennkraftmaschine auf die Brennkraftmaschine übertragenen Drehmoments, Recheneinheit und maschinenlesbares Speichermedium
DE102018217109B4 (de) Verfahren zur Bestimmung eines Polradwinkels einer elektrischen Maschine
DE102016212955A1 (de) Ermitteln eines Betriebszustand einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine
WO2018082901A1 (de) Stabilisierung der drehzahl einer mit einer elektrischen maschine wirkverbundenen brennkraftmaschine
DE102015201313A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Systems umfassend mindestens einen Elektromotor mit nachgeschaltetem Getriebe sowie entsprechendes System
DE102019202475A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Unterstützung eines Startvorgangs eines Verbrennungsmotors

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16820294

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016820294

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016820294

Country of ref document: EP

Effective date: 20180910