DE102016201960A1

DE102016201960A1 - Determining an operating state of an electric machine coupled to an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102016201960A1
Application number: DE102016201960.0A
Authority: DE
Inventors: Paul Mehringer; Wolfgang Fischer; Joerg Maas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-10
Also published as: EP3414543A1; WO2017137130A1; CN108603804A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Betriebszustands einer an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114), die die Schritte Erfassen eines zeitlichen Verlaufs eines Phasensignal (121) der elektrischen Maschine (114), Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs einer oszillierende Drehzahlschwingungen aufweisenden Drehzahl (122) der elektrischen Maschine (114) und Ermitteln des Betriebszustands der elektrischen Maschine (114) durch Vergleich des zeitlichen Verlaufs des Phasensignals (121) der elektrischen Maschine (114) und des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (n). Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Recheneinheit (118), die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein entsprechendes Computerprogramm.The invention relates to a method for determining an operating state of an electric machine (114) coupled to an internal combustion engine (112), comprising the steps of detecting a time profile of a phase signal (121) of the electric machine (114), determining a time course of oscillating speed oscillations Speed (122) of the electric machine (114) and determining the operating state of the electric machine (114) by comparing the time course of the phase signal (121) of the electric machine (114) and the time course of the rotational speed (n). Furthermore, the invention relates to a corresponding computing unit (118), which is set up to carry out the method, and to a corresponding computer program.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Betriebszustands einer an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine, sowie eine Recheneinheit, vorzugsweise einem Regler, für eine elektrische Maschine, und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for determining an operating state of an electrical machine coupled to an internal combustion engine, as well as a computing unit, preferably a controller, for an electrical machine, and a computer program for its implementation.

Stand der TechnikState of the art

Zur Regelung der Bordnetzspannung in Fahrzeugen, können elektrische Maschinen, insbesondere fremderregte elektrische Maschinen, verwendet werden. Diese weisen einen Regler auf, der in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung den Erregerstrom der elektrischen Maschine regelt. Die elektrische Maschine ist mit einem Koppelelement, typischerweise mit einem Riementrieb, an die Brennkraftmaschine angekoppelt, wobei das Koppelelement sowohl von der Brennkraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine – abhängig vom jeweiligen Betriebszustand – mit unterschiedlichen Drehmomenten beaufschlagt wird. Zur Schonung des Riemens kann die elektrische Maschine ein Freilaufelement aufweisen, um die durch die Drehmomentbeaufschlagung der elektrischen Maschine bzw. der Brennkraftmaschine bewirkte Abreibung des Riementriebs zu reduzieren.To regulate the vehicle electrical system voltage in vehicles, electrical machines, in particular externally excited electrical machines, can be used. These have a controller which regulates the excitation current of the electric machine as a function of the vehicle electrical system voltage. The electric machine is coupled with a coupling element, typically with a belt drive, to the internal combustion engine, wherein the coupling element is acted upon by both the internal combustion engine and the electric machine - depending on the respective operating state - with different torques. To protect the belt, the electric machine may have a freewheeling element in order to reduce the abrasion of the belt drive caused by the application of torque to the electric machine or the internal combustion engine.

Die elektrische Maschine weist somit Freilaufphasen auf, bei denen das Freilaufelement aktiv und somit die elektrische Maschine von der Brennkraftmaschine entkoppelt ist. Das Freilaufelement ist insbesondere dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine größer ist als die der Brennkraftmaschine. Eine genaue Kenntnis der Freilaufphasen ist von vielfältigem Interesse und eine Ermittlung dieser Freilaufphasen ist oft nur sehr ungenau und zudem mit erheblichem Aufwand verbunden.The electric machine thus has freewheeling phases in which the freewheeling element is active and thus the electric machine is decoupled from the internal combustion engine. The freewheeling element is particularly active when the rotational speed of the electric machine is greater than that of the internal combustion engine. An exact knowledge of the freewheeling phases is of manifold interest and a determination of these freewheeling phases is often only very inaccurate and also associated with considerable effort.

Des Weiteren ist das Auftreten von Riemenschlupf, also das Durchrutschen des Koppelelements an den für die Ankopplung an die Brennkraftmaschine und/oder die elektrische Maschine vorgesehenen Gegenstücke, ein Problem, das stets zu vermeiden ist, um eine sichere Drehmomentübertragung von der Brennkraftmaschine auf die elektrische Maschine zu gewährleisten. Das sichere Erkennen von Riemenschlupf ist daher ebenfalls von allgemeinem Interesse, um entsprechende Gegenmaßnahmen, wie zum Beispiel das Spannen des Riemens bzw. eine Entlastung des Riemens durch Verringerung der am Riemen angreifenden Lasten, zu bewirken.Furthermore, the occurrence of belt slippage, that is the slippage of the coupling element on the provided for the coupling to the internal combustion engine and / or the electric machine counterparts, a problem that must always be avoided to ensure safe torque transmission from the engine to the electric machine to ensure. The safe detection of belt slippage is therefore also of general interest to effect appropriate countermeasures such as belt tensioning or belt unloading by reducing belt-engaging loads.

In der DE 10 2009 045 880 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln von Riemenschlupf gezeigt. Hierbei werden die Drehzahlen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mit den Drehzahlen des Generators verglichen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Drehzahlen des Generators und die Drehzahlen der Brennkraftmaschine getrennt voneinander erfasst werden müssen und die jeweils erhaltenen Daten über eine schnelle Datenverbindung zu einer externen Auswerteeinheit übermittelt werden müssen, um diese dort zur Erkennung des Riemenschlupfs miteinander zu vergleichen.In the DE 10 2009 045 880 A1 A method for determining belt slip is shown. Here, the rotational speeds of the crankshaft of the internal combustion engine are compared with the rotational speeds of the generator. This method has the disadvantage that the rotational speeds of the generator and the rotational speeds of the internal combustion engine must be detected separately and the data obtained in each case must be transmitted via a fast data connection to an external evaluation to compare them there to detect the belt slippage.

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.If an electrical machine is generally referred to below, this can also be an electric machine which can be operated as a generator and / or motor, for example a so-called starter generator.

Es wäre daher vorteilhaft, die Freilaufphasen der elektrischen Maschine auf einfachem Wege und mit größerer Genauigkeit ermitteln zu können.It would therefore be advantageous to be able to determine the freewheeling phases of the electric machine in a simple way and with greater accuracy.

Ferner wäre es vorteilhaft, den Schlupf des an die elektrische Maschine ankoppelnden Koppelelements auf einfachem Wege und mit größerer Genauigkeit ermitteln zu können. Furthermore, it would be advantageous to be able to determine the slip of the coupling element to be coupled to the electric machine in a simple way and with greater accuracy.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es werden ein Verfahren zum Ermitteln eines Betriebszustands einer 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.A method is proposed for determining an operating state of an electrical machine coupled to an internal combustion engine, as well as 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.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Als mögliche Betriebszustände kommen hierbei insbesondere der Zustand eines aktiven bzw. inaktiven Freilaufelements und/oder das Vorliegen von Riemenschlupf, also das Durchrutschen des Koppelelements an den für die Ankopplung an die Brennkraftmaschine und/oder die elektrische Maschine vorgesehenen Gegenstücke, in Betracht. Das Verfahren kann zur Ermittlung eines Freilaufphasen aufweisenden Betriebszustands einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine dienen. Die ermittelten Freilaufphasen können insbesondere zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilaufelement an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine herangezogen werden. Zudem dient das Verfahren der Ermittlung von Riemenschlupf eines Koppelelements, das eine elektrische Maschine und eine Brennkraftmaschine zu Übertragung von Drehmoment miteinander verbindet.Possible states of operation here are, in particular, the state of an active or inactive freewheeling element and / or the presence of belt slip, that is to say the slippage of the coupling element on the counterparts provided for coupling to the internal combustion engine and / or the electric machine. The method may be used to determine a freewheeling phase operating state of a coupled to a freewheel to an internal combustion engine electric machine. The determined freewheeling phases can be used in particular for determining a deceleration torque of an electric machine coupled to a freewheeling element to an internal combustion engine. In addition, the method is used to determine belt slippage of a coupling element which connects an electric machine and an internal combustion engine for transmission of torque.

Die elektrische Maschine kann durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei die elektrische Maschine mit der Brennkraftmaschine über das Freilaufelement und einen daran angreifenden Riementrieb miteinander gekoppelt sind. Durch die Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine kann, je nach Betriebszustand der elektrischen Maschine, von der Brennkraftmaschine Drehmoment auf die elektrische Maschine übertragen werden. Seitens der elektrischen Maschine steht dem Drehmoment der Brennkraftmaschine ein Verzögerungsmoment entgegen, das insbesondere im Leerlaufzustand überwunden werden sollte, um den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht zu beinträchtigen.The electric machine can be driven by the internal combustion engine, wherein the electric machine with the internal combustion engine via the freewheeling element and a thereto attacking belt drive are coupled together. Due to the coupling between the electric machine and the internal combustion engine, depending on the operating state of the electric machine, torque can be transmitted to the electric machine by the internal combustion engine. On the part of the electric machine, the torque of the internal combustion engine is counteracted by a deceleration moment, which should be overcome, in particular in the idling state, in order not to impair the operation of the internal combustion engine.

Eine möglichst genaue Kenntnis des durch die elektrische Maschine aufgenommenen Drehmoments, ist grundsätzlich von allgemeinem Interesse, insbesondere um eine Steuerung einer die elektrische Maschine antreibende 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.The most accurate possible knowledge of the torque absorbed by the electric machine is generally of general interest, in particular in order to regulate accordingly a control of an internal combustion engine driving the electric machine. The knowledge of this torque absorption of the electric machine, however, is also of special interest, in particular when the internal combustion engine is in a control-critical operating condition, such as the idle state. In the idle state, the torque absorbed by the electric machine in tips can assume very high values, the power output of the internal combustion engine or the associated torque being rather small or fluctuating, which can result in considerable speed instabilities of the internal combustion engine. In extreme cases, this can even lead to the generator with its torque, the combustion engine, 'stalled', that brings the rotation of the engine to a halt. 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.

Es wurde erkannt, dass zur exakten Ermittlung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine es jedoch erforderlich ist, den Drehmomentbeitrag der Brennkraftmaschine entsprechend zu separieren. Dies ist insbesondere in den Freilaufphasen, in denen das Freilaufelement aktiv ist, gegeben. Der Freilauf ist dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine, unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses zwischen elektrischer Maschine und Brennkraftmaschine, die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine übersteigt.It has been recognized that for the exact determination of the deceleration torque of the electric machine, however, it is necessary to appropriately separate the torque contribution of the internal combustion engine. This is especially in the freewheeling phases in which the freewheeling element is active, given. The freewheeling is active when the rotational speed of the electric machine, taking into account the transmission ratio between the electric machine and the internal combustion engine, exceeds the crankshaft speed of the internal combustion engine.

Des Weiteren ist es erforderlich, das Auftreten von Riemenschlupf, also das Durchrutschen des Koppelelements an den für die Ankopplung an die Brennkraftmaschine und/oder die elektrische Maschine vorgesehenen Gegenstücke, stets zu vermeiden, um eine sichere Drehmomentübertragung von der Brennkraftmaschine auf die elektrische Maschine zu gewährleisten und Abrieb des Koppelelements zu vermeiden. Dies gilt sowohl für elektrische Maschinen, die ein Freilaufelement aufweisen, als auch für elektrische Maschinen, die ohne ein Freilaufelement direkt über das Koppelelement an die Brennkraftmaschine angekoppelt sind. Furthermore, it is necessary to always avoid the occurrence of belt slippage, that is to say the slippage of the coupling element against the counterparts intended for coupling to the internal combustion engine and / or the electric machine, in order to ensure reliable torque transmission from the internal combustion engine to the electric machine and to avoid abrasion of the coupling element. This applies both to electric machines which have a freewheeling element, as well as for electrical machines which are coupled without a freewheeling element directly via the coupling element to the internal combustion engine.

Das Erkennen von Riemenschlupf ist daher von allgemeinem Interesse, um entsprechende Gegenmaßnahmen, wie zum Beispiel das Spannen des Riemens bzw. eine Entlastung des Riemens durch Verringerung der am Riemen angreifenden Lasten, zu bewirken. Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, das vorzugsweise auf Basis einer Generatorinternen Auswertung einen Schlupf erkennt.The detection of belt slippage is therefore of general interest to effect appropriate countermeasures such as belt tensioning or belt unloading by reducing belt-engaging loads. A method is proposed which preferably detects slip on the basis of a generator-internal evaluation.

Um die Freilaufphasen des Freilaufelements und/oder den Schlupf des Koppelelements, typischerweise eines Riemens, zu ermitteln, wird ein zeitlicher Verlauf eines Phasensignals der elektrischen Maschine erfasst. In einem weiteren Schritt wird der zeitliche Verlauf einer Drehzahl, die insbesondere oszillierende Drehzahlschwingungen aufweist, ermittelt. In order to determine the freewheeling phases of the freewheeling element and / or the slip of the coupling element, typically a belt, a time profile of a phase signal of the electrical machine is detected. In a further step, the time profile of a rotational speed, which in particular has oscillating speed oscillations, is determined.

Bei der ermittelten Drehzahl kann es sich um die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder die Drehzahl der elektrischen Maschine handeln, die beispielsweise im Falle einer Zwangskopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine im Wesentlichen identisch sind. Es ist ferner möglich auch beide Drehzahlsignale, die der elektrischen Maschine und die der Brennkraftmaschine, entsprechend zu kombinieren. Der zeitliche Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine weist hierbei typischerweise eine oszillierende Drehzahlschwingung auf, die von den Arbeitstakten der Brennkraftmaschine bewirkt und durch die Kopplung über das Koppelelement, entsprechend in die elektrische Maschine eingekoppelt wird. Es ist weiter bevorzugt, die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf Basis der in der elektrischen Maschine zur Verfügung stehenden Messwerten zu ermitteln.The determined rotational speed may be the rotational speed of the internal combustion engine and / or the rotational speed of the electrical machine, which are substantially identical, for example, in the case of a positive coupling between the electric machine and the internal combustion engine. It is also possible to combine both speed signals corresponding to the electric machine and the internal combustion engine accordingly. The time profile of the rotational speed of the electric machine in this case typically has an oscillating speed oscillation, which is caused by the power strokes of the internal combustion engine and coupled by the coupling via the coupling element, according to the electric machine. It is further preferred to determine the rotational speed of the internal combustion engine on the basis of the measured values available in the electrical machine.

Das Phasensignal der elektrischen Maschine umfasst hierbei insbesondere zumindest eine der Phasenspannungen und/oder zumindest einen der Phasenströme der elektrischen Maschine. Die Heranziehung des Phasensignals zur Ermittlung der Drehzahl der elektrischen Maschine ist vorteilhaft, da die Drehzahl direkt aus bereits in der elektrischen Maschine zur Verfügung stehenden Messgrößen ermittelt werden kann, ohne dass hierzu ein weiterer Sensor, beispielsweise ein Drehzahlsensor, benötigt wird, der die Drehzahl der elektrischen Maschine bestimmt. In this case, the phase signal of the electrical machine in particular comprises at least one of the phase voltages and / or at least one of the phase currents of the electrical machine. The use of the phase signal for determining the rotational speed of the electric machine is advantageous since the rotational speed can be determined directly from measured variables already available in the electrical machine, without requiring a further sensor, for example a rotational speed sensor, which requires the rotational speed of the determined electrical machine.

Des Weiteren kann eine Ermittlung der Drehzahl aus mehreren Phasensignalen vorteilhaft sein, um die Genauigkeit der Drehzahlermittlung zu erhöhen und die sichere Bereitstellung des Drehzahlsignals zu erhöhen. Die Ermittlung der Drehzahl der elektrischen Maschine und/oder der Brennkraftmaschine kann zudem anhand eines an der jeweiligen Maschine angebrachten Drehzahlsensors, beispielsweise eines induktiven oder kapazitiven Sensors und/oder auf Basis der in einem Steuergerät, z.B. eines Motorsteuergeräts, vorhandenen Daten, ermittelt werden.Furthermore, a determination of the rotational speed of a plurality of phase signals may be advantageous in order to increase the accuracy of the rotational speed determination and the reliable provision of the Increase speed signal. The determination of the rotational speed of the electric machine and / or the internal combustion engine can also be determined by means of a speed sensor attached to the respective machine, for example an inductive or capacitive sensor and / or based on the data present in a control device, eg an engine control unit.

Im Anschluss daran wird zumindest ein Betriebszustand der elektrischen Maschine durch Vergleich des zeitlichen Verlaufs des Phasensignals der elektrischen Maschine und des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl, insbesondere der elektrischen Maschine und/oder der Brennkraftmaschine, ermittelt. Als mögliche Betriebszustände kommen hierbei insbesondere der Zustand eines aktiven bzw. inaktiven Freilaufelements und/oder das Vorliegen von Riemenschlupf in Betracht.Following this, at least one operating state of the electric machine is determined by comparing the time profile of the phase signal of the electric machine and the time profile of the rotational speed, in particular of the electrical machine and / or the internal combustion engine. Possible states of operation here are in particular the state of an active or inactive freewheel element and / or the presence of belt slippage.

Die Brennkraftmaschine gibt ihr jeweiliges Drehmoment, bedingt durch die Arbeitstakte der einzelnen Zylinder, impulsartig an die Kurbelwelle ab. Die Frequenz der Drehmomentabgabe wird im Wesentlichen durch die aktuelle Drehzahl und die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, bestimmt. Durch die Kopplung der elektrischen Maschine mittels eines Riementriebs und ggf. eines Freilaufs an die Welle der Brennkraftmaschine, wird die Frequenz der impulsartigen Drehmomentabgabe in die elektrische Maschine derart eingekoppelt, dass sich diese als dem mittleren Drehzahlsignal überlagerten Oszillationen widerspiegeln. Diese Oszillationen werden bei aktivem Freilauf entsprechend durch das Einsetzen des Freilaufs unterbrochen. Dies ist insbesondere in Zeitbereichen, bei denen der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine Drehzahlflanken mit fallender Steigung aufweist, gegeben. Im Falle einer Zwangskopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine, sei es bei inaktivem Freilauf bzw. ohne Freilaufelement, ist die Drehzahl der elektrischen Maschine im Wesentlichen identisch mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine.The internal combustion engine gives its respective torque, due to the working cycles of the individual cylinders, impulsively to the crankshaft. The frequency of the torque output is essentially determined by the current speed and the number of cylinders of the internal combustion engine, in particular an internal combustion engine. By coupling the electric machine by means of a belt drive and possibly a freewheel to the shaft of the internal combustion engine, the frequency of the pulse-like torque output is coupled into the electric machine such that these are reflected as the average speed signal superimposed oscillations. These oscillations are interrupted in active freewheeling accordingly by the onset of the freewheel. This is given in particular in time ranges in which the speed curve of the electric machine has speed slopes with decreasing slope. In the case of a forced coupling between the electric machine and the internal combustion engine, be it with inactive freewheel or without freewheel element, the speed of the electric machine is substantially identical to the speed of the internal combustion engine.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Betriebszustand der elektrischen Maschine durch Erfassen eines Zeitintervalls der Drehzahl und Erfassen von Phasenpulsen des Phasensignals ermittelt wird, wobei anhand der Anzahl der Phasenpulse in zumindest einem Zeitintervall der Drehzahl auf den Betriebszustand der elektrischen Maschine geschlossen wird. Der zuvor beschriebene Verfahrensschritt ist besonders einfach umzusetzen, da die Anzahl der Phasenpulse entweder direkt in der elektrischen Maschine gemessen oder aus direkt in der elektrischen Maschine vorliegenden Messwerten ermittelt werden kann. Das Zeitintervall kann vorliegend nahezu beliebig gewählt werden. Auf Basis der vorliegenden Anzahl an Phasenpulsen innerhalb eines beliebig aber fest gewählten Zeitintervalls, kann unter Heranziehung von Erfahrungswerten auf das Vorliegen des jeweiligen Betriebszustandes der elektrischen Maschine geschlossen werden.In a preferred embodiment, it is provided that the operating state of the electric machine is determined by detecting a time interval of the rotational speed and detecting phase pulses of the phase signal, wherein the rotational speed is based on the operating state of the electric machine based on the number of phase pulses in at least one time interval. The method step described above is particularly simple to implement, since the number of phase pulses can either be measured directly in the electrical machine or determined from measured values present directly in the electrical machine. The time interval can be selected here almost arbitrarily. On the basis of the present number of phase pulses within an arbitrarily but permanently selected time interval, the existence of the respective operating state of the electric machine can be deduced based on empirical values.

Es ist hierbei ferner besonders bevorzugt, dass die ermittelte Anzahl der Phasenpulse im Zeitintervall der Drehzahl mit einer für eine starre Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine zu erwartenden Anzahl an Phasenpulsen im gleich Zeitintervall verglichen werden. Dieses Verfahren ist besonders einfach umsetzbar, da man für den Fall einer starren Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine auf wohl definierte Referenzwerte zurückgreifen kann, wobei die Referenzwerte in einem Speicherelement beispielsweise in der Recheneinheit oder in einer externen Steuereinheit hinterlegt werden können. Die Referenzdrehzahl der Brennkraftmaschine kann vorliegend aus den in der elektrischen Maschine zur Verfügung stehenden Messwerten ermittelt werden oder extern, beispielsweise über ein Drehzahlgeber, ermittelt werden und entsprechend einer Recheneinheit zugeführt werden, die zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.In this case, it is further particularly preferred that the determined number of phase pulses in the time interval of the rotational speed be compared with a number of phase pulses to be expected in the same time interval for a rigid coupling between the internal combustion engine and the electric machine. This method can be implemented in a particularly simple manner since well-defined reference values can be used for the case of a rigid coupling between the electric machine and the internal combustion engine, wherein the reference values can be stored in a memory element, for example in the arithmetic unit or in an external control unit. In the present case, the reference speed of the internal combustion engine can be determined from the measured values available in the electrical machine or can be determined externally, for example via a speed sensor, and fed to a computing unit which is set up to carry out the described method.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Zeitintervall der Drehzahl durch Erfassen der zeitlichen Differenz von Extremalwerten der oszillierenden Drehzahlschwingung, insbesondere zweier direkt benachbarter Minima oder Maxima, ermittelt bzw. festgelegt. Bei der Ermittlung der Minima bzw. Maxima wird vorliegend auf das Drehzahlsignal zurückgegriffen. Die Minima und/oder Maxima sind vorliegend besonders einfach im Drehzahlsignal zu identifizieren und können besonders einfach und exakt bestimmt werden. Es kann zudem bevorzugt sein das Zeitintervall über eine Vielzahl von Minima bzw. Maxima, insbesondere ein ganzzahliges Vielfaches, zu erstrecken, wodurch die Auflösung entsprechend erhöht werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, the time interval of the rotational speed is determined or determined by detecting the time difference between extreme values of the oscillating speed oscillation, in particular two directly adjacent minima or maxima. In the determination of the minima or maxima, the speed signal is used in the present case. The minima and / or maxima are particularly easy to identify in the speed signal and can be determined very easily and accurately. It may also be preferred to extend the time interval over a plurality of minima or maxima, in particular an integer multiple, whereby the resolution can be increased accordingly.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf einen Freilaufzustand geschlossen, wenn die ermittelte Anzahl an Phasenpulsen in zumindest einem Zeitintervall der Drehzahl größer ist als die zu erwartende Anzahl an Phasenpulsen bei einer starren Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine im gleichen Zeitintervall.In a further preferred embodiment of the invention, a free-wheeling state is concluded when the determined number of phase pulses in at least one time interval of the rotational speed is greater than the expected number of phase pulses for a rigid coupling between the Internal combustion engine and the electric machine in the same time interval.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf einen Zustand Schlupf des die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine mechanisch koppelnden Koppelelements geschlossen, wenn die ermittelte Anzahl an Phasenpulsen in zumindest einem Zeitintervall der Drehzahl kleiner ist als die zu erwartende Anzahl an Phasenpulsen bei einer starren Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine im gleichen Zeitintervall. Es versteht sich, dass sowohl bei einer Erkennung eines Freilaufzustands als auch bei der Erkennung von Schlupf auch mehrere Zeitintervalle verwendet werden können, wodurch über ggf. bei einer Messung der Zeitintervalle entstehende Störgrößen gemittelt werden kann, und die Auswirkung der Störgrößen vorteilhaft verringert wird.In a further preferred embodiment of the invention, a slip state of the coupling element mechanically coupling the internal combustion engine and the electric machine is concluded when the determined number of phase pulses in at least one time interval of the rotational speed is smaller than the expected number of phase pulses in the case of a rigid coupling between the internal combustion engine and the electric machine in the same time interval. It is self-evident that a plurality of time intervals can be used both when detecting a freewheeling state and during the detection of slip, as a result of which it is possible to average disturbance variables which may arise when measuring the time intervals, and the effect of the disturbance variables is advantageously reduced.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei Erkennen einer Freilaufphase deren zeitliche Dauer durch Analyse der Drehzahl, insbesondere der Analyse der abfallenden Bereiche der Drehzahl, ermittelt werden. Die Freilaufphasen treten in Zeitbereichen der Drehzahl auf, bei denen der Gradient der Drehzahl eine negative Steigung aufweist. Durch zeitliche Lokalisierung dieser Drehzahlbereiche „negativer“ Steigung bzw. abfallender Drehzahlflanken, kann die exakte zeitliche Position der Freilaufphasen noch genauer ermittelt werden. Gleichermaßen können die Antriebsphasen, in denen die elektrische Maschine durch die Brennkraftmaschine getrieben wird, in den Zeitbereichen mit ansteigenden Drehzahlflanken zeitlich lokalisiert werden.In a further preferred embodiment of the invention, when a freewheeling phase is detected, its time duration can be determined by analyzing the rotational speed, in particular the analysis of the sloping regions of the rotational speed. The freewheeling phases occur in time ranges of the rotational speed at which the gradient of the rotational speed has a negative slope. By temporal localization of these speed ranges "negative" slope or falling speed edges, the exact time position of the freewheeling phases can be determined more accurately. Similarly, the drive phases in which the electric machine is driven by the internal combustion engine can be localized in time with rising speed edges.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann, die Drehzahl der elektrischen Maschine mittels einer zeitlichen Pulsbreite der Phasenpulse ermittelt werden und die Drehzahl der Brennkraftmaschine durch das zumindest eine ermittelte Zeitintervall ermittelt werden. Sowohl die Pulsbreite als auch das Zeitintervall sind direkt aus Messwerten der elektrischen Maschine ermittelbar. Somit kann neben der Drehzahl der elektrischen Maschine auch die Drehzahl der Brennkraftmaschine ohne einen externen Sensor und ohne eine Datenverbindung direkt in der elektrischen Maschine erfasst und ggf. weiterverarbeitet werden.In a further preferred embodiment of the invention, the rotational speed of the electric machine can be determined by means of a temporal pulse width of the phase pulses and the rotational speed of the internal combustion engine can be determined by the at least one determined time interval. Both the pulse width and the time interval can be determined directly from measured values of the electrical machine. Thus, in addition to the speed of the electric machine and the speed of the internal combustion engine without an external sensor and without a data connection can be detected directly in the electrical machine and optionally further processed.

Abgesehen von der Pulsbreite der Phasenpulse kann die Anzahl der Pulse in einem festgelegten Zeitintervall anhand von weiteren festgelegten Systemgrößen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Somit kann auf besonders einfache Weise auf das Vorliegen einer Freilaufphase der mittels eines Freilaufelements an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine geschlossen werden. Darüber hinaus lässt sich die oben beschriebene Abweichung der Anzahl der Phasenpulse gegenüber einem Sollwert, der bei fester Kopplung der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine bestimmt wird, dazu nutzen, ein Durchrutschen des Koppelelements an der elektrischen Maschine und/oder der Brennkraftmaschine (Schlupf) zu erfassen.Apart from the pulse width of the phase pulses, the number of pulses in a fixed time interval can be determined on the basis of further defined system variables of the electrical machine and the internal combustion engine. Thus, it can be concluded in a particularly simple manner on the presence of a freewheeling phase coupled by means of a freewheeling element to an internal combustion engine electric machine. In addition, the above-described deviation of the number of phase pulses from a setpoint, which is determined with fixed coupling of the electric machine and the internal combustion engine, can be used to detect slippage of the coupling element on the electric machine and / or the internal combustion engine (slip) ,

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.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.

Zudem ergeben sich weitere Vorteile in der Verwendung eines auf einem maschinenlesbaren Speichermediums gespeicherten Computerprogramms, das die Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ausführungen durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.In addition, further advantages result from the use of a computer program stored on a machine-readable storage medium, which causes the arithmetic unit to carry out a method according to one of the preceding embodiments when it is executed on the arithmetic unit.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1a zeigt eine über einen Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine, in schematischer Darstellung; 1a shows a coupled via a freewheel to an internal combustion engine electric machine, in a schematic representation;

1b zeigt einen exemplarischen Verlauf der elektrischen Leistung, der mechanischen Leistung sowie des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Drehzahl; 1b shows an exemplary course of the electrical power, the mechanical power and the deceleration torque of an electric machine as a function of the rotational speed;

1c zeigt eine schematische Darstellung der Ermittlung des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik; 1c shows a schematic representation of the determination of the deceleration torque of an electrical machine according to the prior art;

2a zeigt eine mit einem Freilaufelement an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine in einer schematischen Darstellung; 2a shows a coupled with a freewheeling element to an internal combustion engine electric machine in a schematic representation;

2b zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Ermitteln des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine; 2 B shows a schematic representation of a method for determining the deceleration torque of an electrical machine;

3 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Phasenspannung, die hieraus abgeleitete Drehzahl einer elektrischen Maschine sowie den zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine; und 3 shows a time course of a phase voltage, the derived therefrom speed of an electric machine and the time course of a speed of an internal combustion engine; and

4 zeigt eine zeitliche Gegenüberstellung unterschiedlicher an einer elektrischen Maschine anliegenden Drehmomente bei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine. 4 shows a temporal comparison of different torque applied to an electric machine torques at different loads of the electric machine.

In 1a ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes System aus einem Kraftfahrzeugbordnetz 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_Err der elektrischen Maschine 14 entsprechend einregelt. In 1a is a known from the prior art system of a motor vehicle electrical system 10 and one by means of a freewheeling element 11 to an internal combustion engine 12 coupled electric machine 14 shown, the electric machine 14 the motor vehicle electrical system 10 fed with energy. The electric machine 14 is by means of a coupling element 16 - Typically a belt drive - driven, wherein the coupling element 16 on Sides of the internal combustion engine 12 on a crankshaft 17 and on the part of the electric machine 14 at one with the freewheel 11 provided roll is fixed. For controlling the voltage in the electrical system 10 is an arithmetic unit 18 in the form of a regulator 20 provided, depending on the voltage of the electrical system 10 the excitation current I _Err the electric machine 14 adjusted accordingly.

Durch eine Veränderung des Erregerstroms I_Err 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. By changing the excitation current I _Err , the load of the electric machine changes 14 and thus their deceleration torque, by a corresponding torque of the internal combustion engine 12 is to be overcome to ensure trouble-free operation of the internal combustion engine 12 to ensure. This can, however, especially in operating conditions in which the internal combustion engine is in a state that is sensitive to disturbances - such as the idle state - have adverse consequences, as a result of short-term changes in the deceleration torque of the electric machine 14 an enormous need for control of the internal combustion engine 12 through an engine control unit 22 arises.

Dies ist beispielsweise in 1b 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. This is for example in 1b displayed. Here, the electrical power of the electric machine (dashed), the mechanical power of the electric machine (dotted) and the torque absorption (solid line) of the electric machine is shown by way of example. Here it can be seen that the torque absorption of the electric machine 14 just in the speed range around the idle mode about 800 U / min has a local maximum, which is just the range around the idle mode for the internal combustion engine 12 makes it particularly rule-intensive. It may happen that the engine control unit 22 no longer capable of the internal combustion engine 12 regulate accordingly, which by a sudden increase in the deceleration torque of the electric machine 14 the internal combustion engine can be strangled.

Um dies zu verhindern und die Brennkraftmaschine 12 mittels des Motorsteuergeräts 22 entsprechend regeln zu können, wird im Stand der Technik das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 14 auf Grundlage des Erregerstroms I_Err und der Drehzahl der elektrischen Maschine geschätzt. Dies ist jedoch sehr ungenau, da alle Verlustleistungskomponenten der elektrischen Maschine, beispielsweise betreffend den Ständer P_st, die Eisenverluste P_E, die Rotorverluste P_Ro, die Lüfterverluste P_vent, und die Lagerverluste P_La lediglich geschätzt werden können (vergleiche 1c). All diese Zustandsgrößen müssen für eine Abschätzung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine für die jeweiligen Betriebszustände in einem Kennfeld hinterlegt werden, was ein solches Verfahren sehr aufwendig macht. Aufgrund der Schätzung einer Vielzahl der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 14 beeinflussenden Faktoren ist dieses Verfahren zudem für viele Anwendungen nicht ausreichend genau. To prevent this and the internal combustion engine 12 by means of the engine control unit 22 To be able to regulate accordingly, in the prior art, the deceleration torque of the electric machine 14 estimated based on the excitation current I _Err and the speed of the electric machine. However, this is very inaccurate, since all power loss components of the electric machine, for example with respect to the stator P _st , the iron losses P _E , the rotor losses P _Ro , the fan losses P _vent , and the bearing losses P _{La can} only be estimated (see 1c ). All of these state variables must be stored in a map for an estimate of the deceleration torque of the electrical machine for the respective operating states, which makes such a method very expensive. Due to the estimation of a variety of the deceleration torque of the electric machine 14 In addition, this method is not sufficiently accurate for many applications.

In 2 wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments M einer elektrischen Maschine 114 anhand der in 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 2 abgebildet ist, ist in weiten Teilen der in 1 gezeigten Kombination ähnlich, weshalb teilweise für gleiche bzw. vergleichbare Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden. In 2 is a method for determining a deceleration torque M of an electric machine 114 based on the in 2a illustrated, with a freewheeling element 111 to an internal combustion engine 112 coupled electric machine 114 shown by means of a coupling element 116 from the internal combustion engine 112 is driven. The combination of electric machine 114 and internal combustion engine 112 as they are in 2 is mapped in much of the 1 similar combination shown why partially the same reference numerals are used for the same or comparable elements.

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. The coupling element 116 is the engine side with the crankshaft 117 the internal combustion engine 112 operatively connected. The internal combustion engine 112 are due to the working cycles of the respective cylinder of the internal combustion engine 112 the torque pulses to the crankshaft 117 from. With the pulse-like torque output of the internal combustion engine 112 goes an abrasion of the coupling element 116 accompanied by that on the electric machine 114 provided freewheeling element 111 is alleviated.

Um das Verzögerungsmoments M einer elektrischen Maschine 114 gestützt auf physikalische Zustandsgrößen ermitteln zu können, ist es notwendig, dass die elektrische Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Freilaufelement 111 aktiv ist. Die genaue Kenntnis der Freilaufphasen Ph_Fl ist somit von entscheidender Bedeutung für die Ermittlung des Verzögerungsmoments M. Die erfindungsgemäße Ermittlung der besagten Freilaufphasen ist in 3 näher beschrieben. Unabhängig von einer Ermittlung eines Verzögerungsmoments M der elektrischen Maschine 114 ist die genaue Kenntnis von Freilaufphasen Ph_Fl für viele weitere Anwendungen, wie zum Beispiel der Ermittlung der durch die Brennkraftmaschine 112 auf die elektrische Maschine 114 übertragene Leistung, erforderlich.To the deceleration torque M of an electric machine 114 Based on physical state variables, it is necessary that the electrical machine 114 from the internal combustion engine 112 is decoupled. This is especially the case when the freewheeling element 111 is active. The exact knowledge of the freewheeling phases Ph _Fl is thus of crucial importance for the determination of the deceleration torque M. The determination according to the invention of the freewheeling phases is described in US Pat 3 described in more detail. Independently of a determination of a deceleration torque M of the electric machine 114 is the precise knowledge of the free-wheeling phases Ph _Fl for many other applications such as the determination by the internal combustion engine 112 on the electric machine 114 transferred power, required.

Ferner ist das Vorliegen von Schlupf, d.h. ein Durchrutschen des Koppelelements 116 an der Aufnahme der Kurbelwelle 117 und/oder an der elektrischen Maschine 114, nachteilig, da während des Zustands „Schlupf“ weniger bis gar kein Drehmoment von der Brennkraftmaschine 112 auf die elektrische Maschine 114 übertragen wird. Die Ermittlung des Zustands „Schlupf“ ist der Ermittlung von Freilaufphasen ähnlich und wird ebenfalls in Zusammenhang mit 3 beschrieben. Das Verfahren zum Ermitteln von Schlupf ist grundsätzlich von der Existenz eines Freilaufelements 111 unabhängig, weshalb dieses Verfahren ohne Weiteres auch auf elektrische Maschinen 114 anwendbar ist, die kein Freilaufelement 111 aufweisen (nicht dargestellt).Furthermore, the presence of slippage, ie slippage of the coupling element 116 at the reception of the crankshaft 117 and / or on the electric machine 114 , disadvantageous, since during the state "slip" less to no torque from the internal combustion engine 112 on the electric machine 114 is transmitted. The determination of the state "slip" is similar to the determination of free-wheeling phases and is also associated with 3 described. The method for determining slip is basically the existence of a Freewheeling element 111 independent, which is why this procedure also applies to electric machines 114 applicable, which is not a freewheeling element 111 have (not shown).

Die elektrische Maschine 114 weist zudem noch eine Recheneinheit, vorzugsweise einen Regler 120, auf, der durch Vorgabe eines Erregerstroms I_Err 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 kann zudem dazu vorgesehen sein, das nachfolgend beschriebene Verfahren zum Ermitteln der Freilaufphasen Ph_Fl der elektrischen Maschine bzw. des Verzögerungsmomentes M der elektrischen Maschine 114 durchzuführen. Das Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 wird auf Basis physikalischer Zustandsgrößen, wie nachfolgend beschrieben, ermittelt.The electric machine 114 also has a computing unit, preferably a controller 120 , on, by specifying an excitation current I _Err the to the motor vehicle electrical system 119 fed energy regulates. For collecting and transmitting data with an engine control unit 122 can also have a communication connection 124 be provided (shown in phantom). The regulator 120 can also be provided to the method described below for determining the freewheeling phases Ph _{Fl of} the electric machine and the deceleration torque M of the electric machine 114 perform. The decelerating torque M of the electric machine 114 is determined on the basis of physical state variables, as described below.

Die inhärente Massenträgheit eines Körpers, vorliegend des Läufers der elektrischen Maschine 114, wird beschrieben über den Drehimpuls der rotierenden Massen L = ω × 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. The inherent inertia of a body, in this case the rotor of the electric machine 114 , is described about the angular momentum of the rotating masses L = ω × J, where ω is the angular velocity of the rotor and J is its moment of inertia. 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.

Die Zustandsgleichung aller im System der Brennkraftmaschine 112 und elektrischen Maschine 114 vorhandenen Drehmomente ergibt sich durch die Summe aller anliegenden Drehmomente, wobei diese durch M_BkM + M_Gen + d/dtω × J = 0 gegeben ist.The equation of state of all in the system of the internal combustion engine 112 and electric machine 114 existing torques results from the sum of all applied torques, these by M _BkM + M _Gen + d / dtω x J = 0 given is.

Das Drehmoment des Antriebs M_BkM, 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 Ph_fl aufweist, die von Antriebsphasen Ph_ant der Brennkraftmaschine unterbrochen werden (vgl. 3). Während diesen Freilaufphasen Ph_fl ist die elektrische Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt (M_BkM = 0) und die Drehmomentgleichung vereinfacht sich entsprechend: M_Gen + d/dtω × J = 0, beziehungsweise M_Gen = –d/dtω × J. The torque of the drive M _BkM , ie the part of the torque of the internal combustion engine 112 , which is transmitted via the belt to the electric machine, is not readily determinable. Here you make use of that due to the pulse-like torque output of the internal combustion engine 112 a ripple of speed arises at which the electric machine 114 more or less regularly arranged freewheeling phases Ph _fl which are interrupted by drive phases Ph _{ant of} the internal combustion engine (see. 3 ). During these freewheeling phases Ph _fl is the electric machine 114 from the internal combustion engine 112 decoupled (M _BkM = 0) and the torque _{equation is} simplified accordingly: M _gene + d / dtω × J = 0, respectively M _gene = -d / dtω × J.

Damit kann durch Ermittlung der Drehzahl im Zeitbereich einer Freilaufphase Ph_Fl der elektrischen Maschine 114 direkt das anliegende Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden, das summarisch über magnetische Kräfte, Reibungsverluste, aerodynamische Verluste, usw. beeinflusst wird.Thus, by determining the speed in the time domain of a freewheeling phase Ph _{Fl of} the electric machine 114 directly the applied deceleration torque M of the electric machine 114 summarily determined by magnetic forces, frictional losses, aerodynamic losses, etc.

Da die elektrische Maschine 114 mittels des Reglers 120 die jeweilige Momentandrehzahl über das an der elektrischen Maschine 114 anliegende Phasensignal 121 (vgl. 3), insbesondere in Form einer Phasenspannung 121a bzw. eines Phasenstroms ermitteln kann, ist die elektrische Maschine 114 bzw. der Regler 120 dazu eingerichtet, die Zeitperioden des Freilaufs entsprechend des nachfolgend beschriebenen Verfahrens zu erkennen und aus dem jeweiligen Drehmomentverlauf im Zustand Freilauf Ph_fl das jeweilige Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. Es versteht sich, dass gleichermaßen auch der Zustand „Schlupf“ erkannt werden kann, und infolgedessen entsprechende Gegenmaßnahmen, wie zum Beispiel das Spannen des Koppelelements 116 bzw. eine Reduzierung von Lasten, veranlasst werden können.As the electric machine 114 by means of the regulator 120 the respective instantaneous speed over that on the electric machine 114 applied phase signal 121 (see. 3 ), in particular in the form of a phase voltage 121 or a phase current, is the electric machine 114 or the controller 120 arranged to detect the time periods of the freewheel according to the method described below and from the respective torque curve in the state freewheel Ph _fl the respective deceleration torque M of the electric machine 114 to investigate. It is understood that equally the state "slip" can be detected, and consequently corresponding countermeasures, such as the tensioning of the coupling element 116 or a reduction of loads, can be arranged.

In 3 ist im oberen Bereich der Drehzahlverlauf n_Bkm der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 112 (gestrichelte Linie), der Drehzahlverlauf n_Gen einer elektrischen Maschine 114 mit Freilaufelement 111 (durchgezogene Linie), die mittlere Drehzahle 123a der elektrischen Maschine 114 (horizontal verlaufende durchgezogene Linie) und die mittlere Drehzahl 123b der Brennkraftmaschine 112 (horizontal verlaufende gestrichelte Linie), gezeigt. Der Drehzahlverlauf n_Bkm der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 112 weist den charakteristischen, durch die Arbeitstakte der Zylinder der Brennkraftmaschine 114 bedingten, oszillierenden Drehzahlverlauf auf. Die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine 112 ist demnach die Drehzahl n_Bkm des Antriebs, wobei die hier angegebene Drehzahl n_Bkm mit dem Übersetzungsverhältnis Üb des Riementriebs zwischen Brennkraftmaschine 112 und elektrischer Maschine 114 multipliziert ist.In 3 is in the upper part of the speed _curve n _Bkm the crankshaft of the internal combustion engine 112 (dashed line), the speed curve n _{gene of} an electrical machine 114 with freewheeling element 111 (solid line), the average speed 123a the electric machine 114 (horizontal solid line) and the average speed 123b the internal combustion engine 112 (horizontal dashed line) shown. The speed _curve n _{Bkm of} the crankshaft of the internal combustion engine 112 has the characteristic, by the power strokes of the cylinder of the internal combustion engine 114 Conditional, oscillating speed curve on. The crankshaft speed of the internal combustion engine 112 Accordingly, the speed n _{Bkm of} the drive, wherein the speed n _Bkm indicated here with the transmission ratio U of the belt drive between internal combustion engine 112 and electric machine 114 is multiplied.

Aufgrund des Freilaufelements 111 der elektrischen Maschine 114 besitzt die elektrische Maschine 114 in den Freilaufphasen Ph_Fl eine höhere Drehzahl n_Gen verglichen mit der Drehzahl n_Bkm der Brennkraftmaschine 112 im selben Zeitintervall. Demnach liegt die dazugehörige mittlere Drehzahl 123a der elektrischen Maschine 114 etwas höher als die mittlere Drehzahl 123b der Brennkraftmaschine 114. Im Fall eines inaktiven Freilaufelements 111 bzw. eines nicht vorhandenen Freilaufelements ist n_Bkm = Üb·n_Gen, mit Üb: Übersetzungsverhältnis.Due to the freewheeling element 111 the electric machine 114 owns the electric machine 114 in the freewheeling phases Ph _Fl a higher Speed n _Gen compared with the speed n _{Bkm of} the internal combustion engine 112 in the same time interval. Accordingly, the associated mean speed 123a the electric machine 114 slightly higher than the average speed 123b the internal combustion engine 114 , In the case of an inactive freewheel element 111 or a non-existent freewheeling _element is n _Bkm = Üb · n _gene , with Üb: gear ratio.

Die Recheneinheit 118 kann grundsätzlich sowohl die Drehzahl n_Gen der elektrischen Maschine 114 als auch die Drehzahl n_Bkm der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 ermitteln. Die Drehzahl n_Gen der elektrischen Maschine 114 kann aus dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden. Grundsätzlich versteht sich jedoch, dass die Drehzahlen n_Gen, n_Bkm der elektrischen Maschine 114 und/oder der Brennkraftmaschine 112 alternativ und/oder kumulativ auch auf anderem Wege, beispielsweise anhand eines Drehzahlsensors ermittelt werden können (nicht dargstellt). The arithmetic unit 118 can basically both the speed n _{gen of} the electric machine 114 as well as the speed n _{Bkm of} the crankshaft 117 the internal combustion engine 112 determine. The speed n _{gene of} the electric machine 114 can be out of the phase signal 121 the electric machine 114 be determined. Basically, however, it _{goes without saying} that the rotational speeds n _Gen , n _{Bkm of} the electric machine 114 and / or the internal combustion engine 112 alternatively and / or cumulatively also by other means, for example by means of a speed sensor can be determined (not dargstellt).

Die Ermittlung des Drehzahlsignals n_Gen aus dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 ist nachfolgend näher beschrieben. Bei dem Phasensignal 121 handelt es sich vorliegend um eine der Phasenspannungen 121a der elektrischen Maschine 114. Es versteht sich, dass hierzu grundsätzlich jede beliebige Phasenspannung einer oder mehrerer Phasen der elektrischen Maschine 114, aber auch die jeweiligen Phasenströme verwendbar sind, um hieraus das Drehzahlsignal n_Gen der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. Bei Verwendung von mehr als einer Phasenspannung kann eine entsprechend höhere zeitliche Auflösung des Drehzahlsignals 122 erreicht werden (nicht dargestellt).The determination of the speed signal n _gene from the phase signal 121 the electric machine 114 is described in more detail below. At the phase signal 121 this is one of the phase voltages 121 the electric machine 114 , It is understood that in principle any desired phase voltage of one or more phases of the electrical machine 114 , But also the respective phase currents are used to calculate the speed signal n _{gene of} the electric machine 114 to investigate. When using more than one phase voltage, a correspondingly higher temporal resolution of the speed signal 122 be achieved (not shown).

Die Phasenspannung 121a verläuft bei einem Generator mit Stromabgabe in erster Näherung rechteckförmig. Das Signal der Phasenspannung 121a weist Phasenpulse P auf, die jeweils eine mittlere Phasenzeit bzw. Pulsbreite T_Phase aufweisen. Die aktuelle Drehzahl n_Gen der elektrischen Maschine 114 kann einfach anhand der Pulsbreite T_Phase der Pulse P ermittelt werden, wobei sich die Pulsbreite T_Phase vorzugsweise an den steilen Flanken der Phasenspannung 121a ermitteln lässt. Die Generatordrehzahl ergibt sich demnach aus der Formel: n_Gen = 60/(T_PHASE·PPZ), wobei n_Gen die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in Umdrehungen pro Minute ist und PPZ die Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114. The phase voltage 121 runs in a generator with current output in the first approximation rectangular. The signal of the phase voltage 121 has phase pulses P, each having a mean phase time or pulse width T _phase . The current speed n _{gene of} the electric machine 114 can be determined simply on the basis of the pulse width T _{phase of} the pulses P, wherein the pulse width T _{phase is} preferably at the steep edges of the phase voltage 121 can be determined. The generator speed thus results from the formula: n _gene = 60 / (T _PHASE × PPZ), where n _{gene is} the speed of the electric machine 114 in revolutions per minute and PPZ is the pole pair number of the electric machine 114 ,

Die Kurbelwellendrehzahl n_Bkm bei inaktivem bzw. nicht vorhandenem Freilauf – elektrische Maschine 114 wir durch die Brennkraftmaschine 112 getrieben – ergibt sich aus der Formel: n_KW = 60/(T_PHASE·PPZ·Üb), wobei n_kw die Kurbelwellendrehzahl (entspricht vorliegend n_Bkm) in Umdrehungen pro Minute ist, Üb das Übertragungsverhältnis zwischen Kurbelwelle 117 und Generatorwelle und PPZ die Polpaarzahl des Generators. The crankshaft speed n _Bkm with inactive or non-existent freewheel - electric machine 114 we through the internal combustion engine 112 driven - results from the formula: n _KW = 60 / (T _PHASE × PPZ × U) where n _{kw is} the crankshaft speed (in this case n _Bkm ) in revolutions per minute, _{U f} is the transmission _ratio between crankshaft 117 and generator shaft and PPZ the number of pole pairs of the generator.

Die gemittelte Drehzahl 123b der Kurbelwelle 117 kann die Recheneinheit 118 dadurch ermitteln, dass diese innerhalb eines Zeitintervalls I mittelt. Dies ist genau der Zeitbereich T_I, den die Recheneinheit 118 zwischen zwei lokalen Minima min des Drehzahlverlaufs 122b der elektrischen Maschine 114 erkennt. Die oszillierende Drehzahlschwankung ergibt sich aus der schwankenden Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112. Im Fall eines Viertakt 4-Zylindermotors, hat die Brennkraftmaschine 112 nach der im Zeitintervall I verstrichenen Zeit jeweils einen Arbeitstakt mit Drehmomentabgabe, die zu der beschriebenen Drehzahlschwingung führt. Durch Erfassen der im Zeitintervall I verstrichenen Zeit T_I durch die Recheneinheit 118, ergibt sich die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine 112 im Fall eines 4-Zylindermotors zudem mit: n_KW = 60/(T_I·2), The average speed 123b the crankshaft 117 can the arithmetic unit 118 determine that it averages within a time interval I. This is exactly the time domain T _I , which is the arithmetic unit 118 between two local minima min of the speed curve 122b the electric machine 114 recognizes. The oscillating speed fluctuation results from the fluctuating torque output of the internal combustion engine 112 , In the case of a four-stroke 4-cylinder engine, the engine has 112 after the time elapsed in the time I each time a power stroke with torque output, which leads to the described speed oscillation. By detecting the elapsed in the time interval I time T _I by the computing unit 118 , the crankshaft speed of the internal combustion engine results 112 in the case of a 4-cylinder engine also with: n _KW = 60 / (T _I * 2),

Setzt man die Drehzahlen n_KW und n_Gen ins Verhältnis, so ergibt sich: n_Gen/n_KW = (T_I·2)/(T·PPZ), Im Fall einer elektrischen Maschine 114 ohne Freilaufelement 118 bzw. mit inaktivem Freilaufelement 118 ist das Drehzahlverhältnis festgelegt durch das Übersetzungsverhältnis Üb: n_Gen/n_KW = (T_I·2)/(T_PHASE·PPZ) = Üb. If one puts the rotational speeds n _KW and n _Gen into relation, then: n _Gen / n _KW = (T _I * 2) / (T * PPZ), In the case of an electric machine 114 without freewheeling element 118 or with inactive freewheel element 118 is the speed ratio determined by the gear ratio U: n _Gen / n _KW = (T _I * 2) / (T _PHASE * PPZ) = Ov.

Für ein Übertragungsverhältnis Üb = 3 und PPZ = 6 und Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 112 Zyl = 4 ergibt sich: T_I = Üb·T_PHASE·PPZ·2/Zyl = 9·T_PHASE. For a transmission ratio U = 3 and PPZ = 6 and number of cylinders of the internal combustion engine 112 Zyl = 4 results: T _I = Üb · T _PHASE · PPZ · 2 / Zyl = 9 · T _PHASE .

In diesem Beispiel beschreibt die Anzahl 9 genau die zu erwartende Anzahl von Phasenpulsen P_Soll im Fall einer starren Kopplung zwischen der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 und der elektrischen Maschine 114. Sofern die Anzahl der tatsächlich mittels der Recheneinheit 118 ermittelten Phasenspannungspulse P_Ist von der zu erwartenden Anzahl an Phasenspannungspulsen P_Soll abweicht, kann entsprechend auf das Vorliegen einer Freilaufphase Ph_Fl bzw. auf das Vorliegen von Schlupf des Koppelelements 116 geschlossen werden. Demnach ist auf eine Freilaufphase Ph_Fl dann zu schließen, wenn P_Ist > P_Soll. Auf ein Durchrutschen des Koppelelements 117 an der elektrischen Maschine 114 bzw. der Brennkraftmaschine 112 ist insbesondere dann zu schließen, wenn P_Ist < P_Soll. Auf das Vorliegen eines Betriebszustands der elektrischen Maschine 114 bei dem keine Freilaufphasen vorhanden sind, insbesondere der Zustand, bei dem die elektrische Maschine 114 mit der Brennkraftmaschine 112 zwangsgekoppelt ist, ergibt sich P_Ist = P_Soll.In this example, the number describes 9 exactly the expected number of phase pulses P _Soll in the case of a rigid coupling between the crankshaft 117 the internal combustion engine 112 and the electric machine 114 , If the number of actually using the arithmetic unit 118 determined phase voltage pulses P _Is deviated from the expected number of phase voltage pulses P _Soll , can according to the presence of a freewheeling phase Ph _Fl or on the presence of slippage of the coupling element 116 getting closed. Accordingly, a free-running phase Ph _{Fl is} to be inferred if P _actual > P _target . Slippage of the coupling element 117 on the electric machine 114 respectively. the internal combustion engine 112 is to close in particular if P _actual <P _target . On the presence of an operating state of the electric machine 114 in which there are no freewheeling phases, in particular the state in which the electric machine 114 with the internal combustion engine 112 is positively coupled, there is P = P _is _set.

Zur Erhöhung der Genauigkeit kann es vorteilhaft sein, die Pulsanzahl über mehr als eine Schwingung und mehrere Zeitintervalle I mit T_I zu ermitteln, da hierdurch kleine Abweichungen besser erkannt werden können.To increase the accuracy, it may be advantageous to determine the number of pulses over more than one oscillation and a plurality of time intervals I with T _I , since this small differences can be better detected.

Die Drehzahl kann vorzugsweise digital ermittelt werden. Mittels einer Messung der zeitlichen Abstände T_Phase der Amplituden in dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114, kann, wie bereits beschrieben, die Momentandrehzahl n_KW bei inaktivem bzw. nicht vorhandenem Freilauf ermittelt werden. Sofern Parameter wie Zylinderzahl, Übertragungsverhältnis und Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114 im erfassten Zeitraum bekannt sind, kann der Regler 118 eine feste Anzahl von Drehzahlwerten in einem Speicher, zum Beispiel in einem Schieberegister, (nicht dargestellt) einspeichern und zumindest innerhalb eines Schwingungszyklusses jeweils eine maximale und eine minimale Momentandrehzahl ermitteln. Bei den maximalen und minimalen Momentandrehzahlen handelt es sich vorzugsweise um die Peakdrehzahlen (lokale Minima und/oder Maxima) im jeweils erfassten Zeitbereich. Die Differenz zwischen diesen Drehzahlen ist ein Maß für das durch die Brennkraftmaschine 112 abgegebene Drehmoment. Zur genauen Ermittlung von T_Phase ist es vorteilhaft, eine hohe zeitliche Auflösung um den Mittelwert von T_Phase zu gewährleisten. Hierbei kann für eine bessere Auflösung die Drehzahl auf Basis der ansteigenden 126 und abfallenden Flanken 124 (vgl. 3) der Phasenspannung 121a ermittelt werden. Im Speicher können grundsätzlich beliebig viele Drehzahlwerte erfasst werden, wobei jedoch etwa ein ganzer Zyklus einer Schwingung für eine Auswertung erfasst werden sollte. Wie bereits ausgeführt, können zur noch genaueren Drehzahlermittlung auch mehrere Zyklen erfasst werden.The speed can preferably be determined digitally. By means of a measurement of the time intervals T _{phase of} the amplitudes in the phase signal 121 the electric machine 114 , As already described, the instantaneous speed n _KW can be determined with inactive or non-existent freewheel. If parameters such as number of cylinders, transmission ratio and pole pair number of the electric machine 114 known in the recorded period, the controller 118 storing a fixed number of rotational speed values in a memory, for example in a shift register (not shown), and determining a maximum and a minimum instantaneous rotational speed at least within one oscillation cycle. The maximum and minimum instantaneous speeds are preferably the peak speeds (local minima and / or maxima) in the respectively recorded time range. The difference between these speeds is a measure of that by the internal combustion engine 112 delivered torque. For accurate determination of T _phase , it is advantageous to ensure a high temporal resolution around the mean of T _phase . Here, for a better resolution, the speed based on the rising 126 and falling flanks 124 (see. 3 ) of the phase voltage 121 be determined. In principle, any number of rpm values can be detected in the memory, although approximately one complete cycle of a vibration should be recorded for an evaluation. As already stated, several cycles can be detected for even more accurate speed determination.

Um darzustellen, dass die Abtastrate des Generators ausreichend ist, um die Drehzahl 122 und insbesondere die der Drehzahl überlagerten Oszillationen entsprechend aufzulösen, sollen nachfolgend die Verhältnisse der entsprechenden Frequenzen betrachtet und mit dem Nyquist-Kriterium abgeglichen werden. Das Nyquist-Kriterium fordert, dass f_el/f_moment >= 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 f_el = n_KW/60·Üb·PPZ, wobei n_KW die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. To show that the sampling rate of the generator is sufficient for the speed 122 and in particular to resolve the oscillations superimposed on the rotational speed correspondingly, the ratios of the corresponding frequencies are to be considered below and compared with the Nyquist criterion. The Nyquist criterion requires that f _el / f _moment > = 2. Relative to the engine speed results in the generator frequency at inactive freewheel, ie rigid coupling of the electric machine with the internal combustion engine, or the frequency of the electric machine with f _el = n _KW / 60 · Üb · PPZ, where n _{KW is} the speed of the internal combustion engine.

In Kombination mit der Gleichung für f_moment = n_KW/60·Zylinderzahl/2 ergibt sich f_el/f_moment = 2·Üb·PPZ/Zylinderzahl. In combination with the equation for f _moment = n _KW / 60 · number of cylinders / 2 results f _el / f _moment = 2 · Üb · PPZ / number of cylinders.

Damit ergibt sich beispielsweise für Üb = 3, PPZ = 6, Zylinderzahl = 4, dass der Quotient f_el/f_moment = 9 ist. Selbst bei sehr großen hochzylindrigen Motoren, beispielsweise eines 12-Zylinder-Motors, beträgt das Verhältnis f_el/f_moment = 3, wobei auch hier das Nyquist-Abtastkriterium stets erfüllt ist. Thus, for example, for U n = 3, PP Z = 6, number of cylinders = 4, the quotient f _el / f _moment = 9 results. Even with very large high-cylinder engines, for example, a 12-cylinder engine, the ratio f _el / f _moment = 3, where also the Nyquist sampling criterion is always met.

In 4 sind Drehzahlverläufe, die zu den Drehzahlverläufen aus 3 ähnlich sind, mit der Drehzahl n_Bkm·ÜB der Brennkraftmaschine 112 und der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine 114 mit einer ersten Last und der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit einer zweiten Last gezeigt. Dem gegenüber gestellt, sind die entsprechenden durch die elektrische Maschine 114 bewirkten Verzögerungsmomente M₁ und M₂ (gepunktet dargestellt), wobei M₁ der geringeren und M₂ der höheren Last zugeordnet ist. Als gestrichelte Linie sind noch die an der elektrischen Maschine 114 anliegenden Gesamtdrehmomente M_G1 und M_G2 dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass beim Entkoppeln der elektrischen Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 in den Freilaufphasen Ph_FL diese auf das jeweilige Niveau der Verzögerungsmomente M₁ bzw. M₂ abfällt und beim Wiedereingriff der Brennkraftmaschine 112 entsprechend sprunghaft ansteigt. Somit entspricht das in den Freilaufphasen Ph_FL anliegende Drehmoment genau dem Verzögerungsmoment M, während in den Antriebsphasen Ph_An 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 4 are speed characteristics, the out of the speed curves 3 are similar, with the speed n _Bkm · ÜB the internal combustion engine 112 and the speed 122a the electric machine 114 with a first load and the speed 122b the electric machine 114 shown with a second load. Opposite, are the corresponding ones by the electric machine 114 caused delay moments M ₁ and M ₂ (shown dotted), where M _{1 is associated with} the lower and M _{2 of} the higher load. As a dashed line are still on the electric machine 114 applied total torques M _G1 and M _G2 , wherein it can be seen that when decoupling the electric machine 114 from the internal combustion engine 112 in the freewheeling phases Ph _FL this falls to the respective level of the deceleration torques M ₁ and M ₂ and the re-engagement of the internal combustion engine 112 increases accordingly leaps and bounds. Thus, the torque applied in the freewheeling phases Ph _FL exactly corresponds to the decelerating torque M, while in the drive phases Ph _An the deceleration torque of the generator remains the same but is counter-compensated by a high counter-torque on the shaft. Furthermore, there is the phase signal 121 the electric machine 114 represented, with which the respective speed signals are sampled.

In den Antriebsphasen Ph_Ant 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 in den Freilaufphasen Ph_FL sinnvoll möglich. Diese Freilaufphasen Ph_FL können, wie zuvor beschrieben, erkannt werden.In the drive phases Ph _{Ant of} the electric machine is more torque fitting than currently needed. This excess torque is cached in the form of a speed increase in the angular momentum. Since this applied torque can not be meaningfully recognized with the available measuring means, the measurement of the deceleration torque M of the electric machine 114 only possible in the freewheeling phases Ph _FL . These freewheeling phases Ph _FL can be recognized as described above.

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. Es versteht sich, dass die hier angegebenen maschinenseitigen Parameter der Brennkraftmaschine und oder der elektrischen Maschine lediglich der Erläuterung und dem besseren Verständnis der Erfindung dienen und für die Umsetzung und Wirkung der Erfindung eine untergeordnete Rolle spielen und daher nahezu beliebig verändert werden können.The present data is based on the typical time ratios for a four-cylinder engine with an electrical machine-to-engine ratio of 3 am belt drive 116 and a pole pair number of 8 on the electric machine 114 , It goes without saying that the machine-side parameters of the internal combustion engine and / or the electric machine given here merely serve to explain and better understand the invention and play a subordinate role for the implementation and effect of the invention and can therefore be varied almost as desired.

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 Vorhandensein von Freilaufphasen Ph_Fl geschlossen werden.In a rigid coupling (no active freewheel) between the internal combustion engine 112 and the electric machine 114 is the number of voltage pulses 121 , For example, between two minima of the speed curve set. If the number of phase voltage pulses with respect to the number of phase voltage pulses, for a rigid coupling between the electric machine 114 and the internal combustion engine 112 would be expected, deviates, in particular increases, it can be concluded that there are free-wheeling phases Ph _Fl .

Dies kann als Datenquelle zur Ermittlung der Freilaufphasen herangezogen werden (vgl. Beschreibung zu 3). Die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse P_Soll kann entsprechend, beispielsweise in einem Speicher, hinterlegt werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse 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 3) zu entnehmen. Grundsätzlich versteht sich, dass die angegebenen Zahlenwerte der qualitativen Beschreibung der Erfindung dienen und keine zwingende Einschränkung auf diese Zahlenwerte gegeben ist.This can be used as a data source to determine the freewheeling phases (see description of 3 ). The number of expected voltage pulses P _setpoint can be stored accordingly, for example in a memory. In the present example, the number of expected voltage pulses 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. However, this is an arbitrary number, which is essentially the transmission ratio UB, the pole pair number and the number of cylinders of the internal combustion engine 112 is dependent. The derivation for this is in particular the description too 3 ) refer to. In principle, it is understood that the numerical values given serve to serve the qualitative description of the invention and that there is no compelling restriction to these numerical values.

Ist mittels der zuvor beschriebenen Verfahren das prinzipielle Vorhandensein von Freilaufphasen erst einmal nachgewiesen, so lässt sich der konkrete Zeitbereich der Freilaufphasen in den Zeitbereichen abfallender Flanken der Drehzahl lokalisieren.If the principle presence of free-wheeling phases has been proven by means of the previously described methods, then the concrete time range of the free-wheeling phases can be localized in the time ranges of falling edges of the rotational speed.

Des Weiteren kann durch das Erkennen einer Freilaufphase Ph_Fl, wie zuvor in 3 und 4 beschrieben, das Verzögerungsmoment M_Gen der elektrischen Maschine 114 und auch der Wirkungsgrad µ der elektrischen Maschine 114 auf sehr einfache Weise bestimmt werden. Der Wirkungsgrad ergibt sich als Quotient der elektrischen Leistung und der mechanischen Leistung, µ = P_el/P_mech. Die elektrische Leistung P_el ist mittels des Erregerstroms I_Err der Drehzahl 122 (n_Gen) der elektrischen Maschine 114 und der Generatorspannung U_Gen z.B. aus einem Kennfeld oder anhand eines Models bestimmbar. Die mechanische Leistung P_mech bestimmt sich aus dem Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine und der Drehzahl n_Gen mit P_mech = 2·Pi·M_Gen·n_Gen. Somit lässt sich auf sehr einfachem Wege der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine bestimmen. Die Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 und die Drehzahl (n_Gen), sind auf Basis der vorstehenden Beschreibung analog zu verwenden. Furthermore, by detecting a freewheeling phase Ph _Fl , as previously described in US Pat 3 and 4 described, the deceleration torque M _{gene of} the electric machine 114 and also the efficiency μ of the electric machine 114 be determined in a very simple way. The efficiency is calculated as the quotient of the electrical power and the mechanical power, μ = P _el / P _mech . The electrical power P _el is by means of the excitation current I _Err the speed 122 (n _gene ) of the electric machine 114 and the generator voltage U _Gen, for example, determined from a map or model. The mechanical power P _{mech is} determined from the deceleration moment M of the electric machine and the speed n _Gen with P _mech = 2 * Pi * M _Gen * n _gene . Thus, the efficiency of the electric machine can be determined in a very simple way. The speed 122 the electric machine 114 and the speed (n _Gen ) are to be used analogously based on the above description.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009045880 A1 [0005] DE 102009045880 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Betriebszustands einer an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114), aufweisend die Schritte: a) Erfassen eines zeitlichen Verlaufs eines Phasensignals (121) der elektrischen Maschine (114); b) Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs einer oszillierende Drehzahlschwingungen aufweisenden Drehzahl (n); c) Ermitteln des Betriebszustands der elektrischen Maschine (114) durch Vergleich des zeitlichen Verlaufs des Phasensignals (121) der elektrischen Maschine (114) und des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (n).Method for determining an operating state of an internal combustion engine ( 112 ) coupled electric machine ( 114 ), comprising the steps of: a) detecting a time profile of a phase signal ( 121 ) of the electric machine ( 114 ); b) determining a time course of an oscillating speed oscillations having rotational speed (s); c) determining the operating state of the electrical machine ( 114 ) by comparing the time course of the phase signal ( 121 ) of the electric machine ( 114 ) and the time course of the speed (n).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n_Gen) der elektrischen Maschine (114) und/oder die Drehzahl (n_Bkm) der Brennkraftmaschine (112) ermittelt wird.Method according to Claim 1, characterized in that the rotational speed (n _Gen ) of the electric machine ( 114 ) and / or the rotational speed (n _Bkm ) of the internal combustion engine ( 112 ) is determined.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der elektrischen Maschine (114) durch Erfassen eines Zeitintervalls (T_I) der Drehzahl (n) und Erfassen von Phasenpulsen (P) des Phasensignals (121) ermittelt wird, wobei anhand der Anzahl der Phasenpulse (P) im Zeitintervall (T_I) der Drehzahl (n) auf den Betriebszustand der elektrischen Maschine (114) geschlossen wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the operating state of the electric machine ( 114 by detecting a time interval (T _I ) of the rotational speed (n) and detecting phase pulses (P) of the phase signal ( 121 ) is determined, wherein based on the number of phase pulses (P) in the time interval (T _I ) of the rotational speed (n) on the operating state of the electric machine ( 114 ) is closed.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall (T_I) der Drehzahl (n) durch Erfassen der zeitlichen Differenz von Extremalwerten der oszillierenden Drehzahlschwingung, vorzugsweise zweier direkt benachbarter Minima (min) oder Maxima der Drehzahl (n), ermittelt wird.A method according to claim 3, characterized in that the time interval (T _I ) of the rotational speed (n) by detecting the time difference of extremal values of the oscillating speed oscillation, preferably two directly adjacent minima (min) or maxima of the rotational speed (n), is determined.

Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n_Gen) der elektrischen Maschine (114) mittels einer zeitlichen Pulsbreite (T_Phase) der Phasenpulse (P) ermittelt wird und die Drehzahl (n_Bkm) der Brennkraftmaschine (112) mittels zumindest eines Zeitintervalls (T_I) ermittelt wird.Method according to claim 3 or 4, characterized in that the rotational speed (n _Gen ) of the electric machine ( 114 ) is determined by means of a temporal pulse width (T _phase ) of the _phase pulses (P) and the rotational speed (n _Bkm ) of the internal combustion engine ( 112 ) is determined by means of at least one time interval (T _I ).

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Anzahl der Phasenpulse (P_Ist) im Zeitintervall (T_I) der Drehzahl (n) mit einer für eine starre Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine (112) und der elektrischen Maschine (114) zu erwartenden Anzahl an Phasenpulsen (P_Soll) im gleichen Zeitintervall (T_I) verglichen wird. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the determined number of phase pulses (P _actual ) in the time interval (T _I ) of the rotational speed (n) with a for a rigid coupling between the internal combustion engine ( 112 ) and the electric machine ( 114 ) is compared to the expected number of phase pulses (P _target ) in the same time interval (T _I ).

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand einen Freilaufzustand (Ph_Fl) einer mit einem Freilaufelement (111) an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114) und/oder Schlupf des die Brennkraftmaschine (112) und die elektrischen Maschine (114) mechanisch koppelnden Koppelelements (116) umfasst. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the operating state, a free-wheeling state (Ph _Fl ) one with a freewheeling element ( 111 ) to an internal combustion engine ( 112 ) coupled electric machine ( 114 ) and / or slip of the internal combustion engine ( 112 ) and the electric machine ( 114 ) mechanically coupling coupling element ( 116 ).

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Freilaufzustand (Ph_Fl) geschlossen wird, wenn die ermittelte Anzahl an Phasenpulsen (P_Ist) in zumindest einem Zeitintervall (T_I) der Drehzahl (n) größer ist als die zu erwartende Anzahl an Phasenpulsen (P_Soll) bei einer starren Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine (112) und der elektrischen Maschine (114) im gleichen Zeitintervall (T_I).A method according to claim 7, characterized in that a free-wheeling state (Ph _Fl ) is closed when the determined number of phase pulses (P _actual ) in at least one time interval (T _I ) of the rotational speed (n) is greater than the expected number Phase pulses (P _setpoint ) with a rigid coupling between the internal combustion engine ( 112 ) and the electric machine ( 114 ) in the same time interval (T _I ).

Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines Freilaufzustands (Ph_Fl) dessen zeitliche Dauer durch Analyse der Drehzahl (n), insbesondere der Analyse der abfallenden Bereiche der Drehzahl (n), ermittelt wird. A method according to claim 7 or 8, characterized in that upon detection of a freewheeling state (Ph _Fl ) whose duration is determined by analyzing the rotational speed (n), in particular the analysis of the sloping regions of the rotational speed (n).

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf Schlupf des die Brennkraftmaschine (112) und die elektrische Maschine (114) mechanisch koppelnden Koppelelements (116) geschlossen wird, wenn die ermittelte Anzahl an Phasenpulsen (P_Ist) in zumindest einem Zeitintervall (T_I) der Drehzahl (n) kleiner ist als die zu erwartende Anzahl an Phasenpulsen (P_Soll) bei einer starren Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine (112) und der elektrischen Maschine (114) im gleichen Zeitintervall (T_I). A method according to claim 7, characterized in that on slip of the internal combustion engine ( 112 ) and the electric machine ( 114 ) mechanically coupling coupling element ( 116 ) is closed when the determined number of phase pulses (P _actual ) in at least one time interval (T _I ) of the rotational speed (n) is smaller than the expected number of phase pulses (P _target ) at a rigid coupling between the internal combustion engine ( 112 ) and the electric machine ( 114 ) in the same time interval (T _I ).

Recheneinheit (118), insbesondere Regler (120) für eine elektrische Maschine (114), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. Arithmetic unit ( 118 ), in particular regulators ( 120 ) for an electric machine ( 114 ), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims.

Computerprogramm, das eine Recheneinheit (118) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (118) ausgeführt wird.Computer program comprising a computing unit ( 118 ) to perform a method according to any one of the preceding claims, when it on the computing unit ( 118 ) is performed.

Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 12. A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 12.