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Title:
DETERMINING A DECELERATING TORQUE OF AN ELECTRICAL MACHINE COUPLED, BY MEANS OF A FREEWHEEL MECHANISM, TO AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/137131
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for determining a decelerating torque (M) of an electrical machine (114) coupled, by means of a freewheel mechanism (111), to an internal combustion engine (112), the method comprising the steps: detecting a plot against time of a speed (nGen) of the electrical machine (114); determining an operating mode of the electrical machine (114), said mode having freewheel phases (PhFI ); determining the decelerating torque Mgen of the electrical machine by evaluating the temporal variation of the speed (nGen) of the electrical machine (114) in the freewheel phase (PhFI). The invention also relates to a corresponding arithmetic unit (118), configured for carrying out the method, and to a corresponding computer programme.

Inventors:
MEHRINGER, Paul (Brandenkopfweg 9, Stuttgart, 70569, DE)
MAAS, Joerg (Kirchstr. 15, Remseck, 71686, DE)
Application Number:
EP2016/082684
Publication Date:
August 17, 2017
Filing Date:
December 27, 2016
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
H02P29/024; H02P9/00; H02P9/06
Foreign References:
US20030015927A12003-01-23
US20060192533A12006-08-31
EP2871346A12015-05-13
DE10040112A12002-02-28
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Claims:
Ansprüche

1 . Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114), aufweisend die Schritte:

a) Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14);

b) Ermitteln eines Freilaufphasen (PhFi) aufweisenden Betriebszustands der elektrischen Maschine (114);

c) Ermitteln des Verzögerungsmoments (ΜΘΘΠ) der elektrischen Maschine (114) durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14) in der Freilaufphase (PhFi).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14) aus zumindest einem Phasensignal (121 ) der elektrischen Maschine (114), insbesondere einer Phasenspannung (121 a) und/oder einem Phasenstrom der elektrischen Maschine (114), ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) und/oder Schritt b) und/oder Schritt c) mittels eines Reglers (120) der elektrischen Maschine (114) ausgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14) eine das Verzögerungsmoment (Mcen) beeinflussende Stellgröße, vorzugsweise der Erregerstrom (ΙΕγγ), verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die das Verzögerungsmoment (Mcen) beeinflussende Stellgröße auf einen Minimalwert, vorzugsweise auf null, reduziert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (1 14) in der Freilaufphase (PhFi) mit einem hinterlegten zeitlichen Verlauf der Drehzahl (ncen) der elektrischen Maschine (114) in einer Freilaufphase (PhFi) ein Defekt der elektrischen Maschine (114), vorzugsweise ein Defekt des Freilaufs (11 1 ), weiter vorzugsweise ein Defekt des Lagers der elektrischen Maschine 114 oder des Lüfterrads der elektrischen Maschine 114, ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufphase (PhFi) der elektrischen Maschine (114) durch Erfassen der von der Änderung der das Bremsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße abhängigen Zeitbereiche der Drehzahl (nGen) ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der das Bremsmoment der elektrischen Maschine (114) beeinflussenden Stellgröße getaktet erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufphase (PhFi) der elektrischen Maschine (114) durch Erfassen eines Zeitintervalls der Drehzahl (ncen) aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl (nGen) und Erfassen eines für den Freilaufzustand (PhFi) charakteristischen Verhaltens der Drehzahl (nGen) der elektrischen Maschine (114) ermittelt wird, wobei das Zeitintervall ein Drehzahlmaximum, ein Drehzahlminimum und eine zwischen Drehzahlmaximum und Drehzahlminimum angeordneten abfallende Drehzahlflanke aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall derart gewählt wird, dass dieses zusätzlich noch eine aufsteigende Drehzahlflanke aufweist, wobei die Freilaufphase (PhFi) durch Vergleich der aufsteigenden Drehzahlflanke und der absteigenden Drehzahlflanke ermittelt wird.

1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufzustand (PhFi) durch Vergleich der Drehzahl (nGen) der elektri- sehen Maschine (114) und der Drehzahl (ΠΒΙ<Μ) der Kurbelwelle (117) der Brennkraftmaschine (112) ermittelt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, 5 dass in einem weiteren Schritt d) ein Wirkungsgrad (μ) der elektrischen Maschine

(1 14) durch Ermitteln einer mechanischen Leistung (Pmech) aus dem Verzögerungsmoments (MGen) und dem in Verhältnissetzen der mechanischen Leistung (Pmech) mit einer elektrischen Leistung (Pei) der elektrische Maschine (114), ermittelt wird.

o

13. Recheneinheit (118), insbesondere Regler (120) für eine elektrische Maschine (114), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. 5 14. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (118) dazu veranlasst, ein

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (118) ausgeführt wird.

15. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten 0 Computerprogramm nach Anspruch 14.

5

Description:
Beschreibung Titel

Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine, sowie eine Recheneinheit, vorzugsweise einem Regler für eine elektrische Maschine, und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.

Stand der Technik

Zur Regelung der Bordnetzspannung in Fahrzeugen, können elektrische Maschinen, insbesondere fremderregte elektrische Maschinen, verwendet werden. Diese weisen einen Regler auf, der in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung den Erregerstrom der elektrischen Maschine regelt.

Eine möglichst genaue Kenntnis des durch eine elektrische Maschine aufgenommenen Drehmoments, ist grundsätzlich von allgemeinem Interesse, insbesondere um eine Steuerung einer die elektrische Maschine antreibende Brennkraftmaschine entsprechend zu regeln. Die Kenntnis dieser Drehmomentaufnahme der elektrischen Maschine, ist jedoch auch von speziellem Interesse, insbesondre dann, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem regelungstechnisch gesehen kritischen Betriebszustand, wie zum Beispiel dem Leerlaufzustand befindet. Im Leerlaufzustand kann das durch die elektrische Maschine aufgenommene Drehmoment in Spitzen sehr hohe Werte annehmen, wobei die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine, bzw. das hiermit verbundene Drehmoment eher gering bzw. schwankend ist, was erhebliche Drehzahlinstabilitäten der Brennkraftmaschine zur Folge haben kann. Im Extremfall kann dies sogar dazu führen, dass der Generator mit seinem Drehmoment die Verbrennungsmaschine .abwürgt', also die Drehung der Brennkraftmaschine zum Erliegen bringt. Dies hängt damit zusammen, dass der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nur pulsartig abgibt, also jeweils in den Arbeitstakten. In den Zwischenphasen kann der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nicht steuern.

Um das zu vermeiden, ist eine möglichst exakte Ermittlung des Verzögerungsmoments der an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine erforderlich.

Hierzu sind aus dem Stand der Technik, Drehmomentermittlungsverfahren bekannt, die über eine Erfassung des Erregerstroms einer elektrischen Maschine und dessen Drehzahl das Anliegen des Drehmoments schätzen. Hierbei handelt es sich jedoch um ein eher umständliches und für manche Anwendungen nicht ausreichend genaues Verfahren, da neben dem Erregerstrom und der Drehzahl zusätzliche Verlustleistungsbestandteile der elektrischen Maschine in das Verfahren eingehen, die entweder geschätzt oder mittels eines Models aufwendig berechnet werden müssen. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DE 100 401 112 AI beschrieben.

Ist nachfolgend allgemein von einer elektrischen Maschine die Rede, kann es sich hierbei auch um eine generatorisch und/oder motorisch betreibbare elektrische Maschine handeln, beispielsweise um einen sogenannten Startergenerator.

Es wäre daher vorteilhaft, das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zum Ermitteln des Drehmoments der elektrischen Maschine dahingehend weiter zu entwickeln, dass ein Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine mit geringerem Aufwand und höherer Genauigkeit ermittelbar ist.

Offenbarung der Erfindung

Es werden ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Vorteile der Erfindung

Das Verfahren dient zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine kann durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei die elektrische Maschine mit der Brennkraftmaschine typischerweise fest verbunden und an deren Kurbelwelle, beispielsweise mittels eines Riementriebs, gekoppelt sein kann. Durch die Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine kann je nach Betriebszustand der elektrischen Ma- schine von der Brennkraftmaschine Drehmoment auf die elektrische Maschine übertragen werden. Seitens der elektrischen Maschine steht dem Drehmoment der Brennkraftmaschine ein Verzögerungsmoment entgegen, das insbesondere im Leerlaufzustand überwunden werden sollte, um den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht zu beinträchtigen.

Um das jeweilige Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine zu ermitteln, wird ein zeitlicher Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine erfasst. Das Erfassen der Drehzahl der elektrischen Maschine kann grundsätzlich durch einen Drehzahlgeber, beispielsweise an der Welle der elektrischen Maschine oder auf Basis eines Phasensignals der elektrischen Maschine, aber auch anhand von

Daten, die von einem Motorsteuergerät erfasst wurden, ermittelt werden.

Im Anschluss wird ein Freilaufphasen aufweisender Betriebszustand der elektrischen Maschine ermittelt. Die Ermittlung eines derartigen Betriebszustands kann ebenfalls entweder durch aus dem Generator erhaltenen Daten oder aus Daten des Motorsteuergeräts ermittelt werden. Bei einer Freilaufphase handelt es sich um einen Zustand, bei der der Freilauf, über den die elektrische Maschine an die Brennkraftmaschine gekoppelt ist, aktiv ist. Der Freilauf ist dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftma- schine übersteigt. Die Freilaufphasen als solche können mit den zuvor genannten Maßnahmen ebenfalls erfasst werden.

Im Anschluss hieran wird das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine in der Freilaufphase ermittelt.

Es wurde erkannt, dass das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine basierend auf einfachen physikalischen Größen nur dann ermittelbar ist, wenn die elektrische Maschine von der Brennkraftmaschine entkoppelt ist. Dies ist bei einer Zwangskopplung der elektrischen Maschine mit einer Brennkraftmaschine, beispielsweise über ein Riementrieb, insbesondere dann der Fall, wenn das jeweilige Koppelelement über einen Freilauf an die elektrische Maschine angreift und sich der Freilauf in einem entsprechenden Freilaufzustand befindet. Somit lässt sich durch die Auswertung der zeitlichen Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine im Freilaufzustand das jeweilige Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine im jeweiligen Betriebszustand der elektrischen Maschine auf sehr einfache Art und Weise ermitteln.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Drehzahl der elektrischen Maschine aus zumindest einem Phasensignal der elektrischen Maschine, insbesondere einer Phasenspannung und/oder einem Phasenstrom der elektrischen Maschine, ermittelt. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da die Drehzahl direkt aus bereits in der elektrischen Maschine zur Verfügung stehenden Messgrößen ermittelt werden kann, ohne dass hierzu ein weiterer Sensor, beispielsweise ein Drehzahlsensor, der die Drehzahl der Maschine bestimmt oder ein Signal einer externen Recheneinheit, beispielsweise eines Motorsteuergerätes herangezogen werden muss, um die Drehzahl der elektrischen Maschine zu ermitteln.

Es ist weiter bevorzugt, dass das Erfassen der Drehzahl mittels eines Reglers der elektrischen Maschine ausgeführt wird. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass kumulativ oder alternativ das Ermitteln der die Freilaufphasen aufweisenden Be- triebszustände der elektrischen Maschine bzw. der Freilaufzustände als solche und das Ermitteln des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine ebenfalls mittels des Reglers der elektrischen Maschine bewirkt werden. Der Regler ist hierbei baulich in die elektrische Maschine integriert oder an der elektrischen Maschine angeordnet. Das Ausführen der jeweiligen Verfahrensschritte im Regler der elektrischen Maschine ist vorteilhaft, da es zur Durchführung der einzelnen Schritte bzw. des gesamten Verfahrensablaufs nicht zwingend einer Kommunikationsleitung, zum Beispiel einer LIN-Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und einer externen Einheit beispielsweise einem Motorsteuergerät, bedarf. Die elektrische Maschine und der damit verbundene Regler sind somit grundsätzlich dazu eingerichtet, einzelne Schritte des Verfahrens bzw. das gesamte Verfahren völlig autark von einer externen Recheneinheit durchzuführen.

Es versteht sich jedoch, dass eine solche Verbindung zwischen dem Regler der elektrischen Maschine und einer externen Einheit, insbesondere eines Motor- Steuergeräts, durchaus vorgesehen sein kann, um die in dem Verfahren ermittelten Verzögerungsmomente der elektrischen Maschine an das Motorsteuergerät weiterzuleiten, so dass das Motorsteuergerät die Regelung der Brennkraftmaschine entsprechend auf das Verzögerungsmoment des Generators anpassen kann, um einen möglichst störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine zu er- möglichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgröße verändert. Hierbei ist es besonders von Vorteil, wenn die das Verzögerungsmoment beeinflussende Stell- große vor dem Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl der elektrischen

Maschine verändert wird, da hierdurch auf sehr einfache Art und Weise die Freilaufphasen aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl ermittelbar sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Freilauf- phase der elektrischen Maschine durch Erfassen der von der Änderung der das

Bremsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße abhängigen Zeitbereiche der Drehzahl ermittelt.

Es versteht sich jedoch, dass die das Verzögerungsmoment beeinflussend Stellgröße auch zeitlich zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl fasst werden kann, um das zuvor bezeichnete Ziel bzw. noch nachfolgend beschriebene Ziele zu erreichen. Bei der das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße handelt es sich vorzugsweise um den Erregerstrom der elektrischen Maschine. Es versteht sich jedoch, dass auch andere das Verzögerungs- moment beeinflussende Stellgrößen verändert werden können, um die zuvor bzw. nachfolgend beschriebenen Wirkungen zu erreichen.

In einer Freilaufphase der elektrischen Maschine hängt dessen Drehzahländerung bzw. Drehzahlgradient maßgeblich mit dem Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine zusammen. Durch ein Verändern einer das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße kann sehr sicher eine Freilaufphase der elektrischen Maschine erkannt werden, da in erster Näherung die Drehzahl nur in den Freilaufphasen vom Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine abhängig ist, wohingegen die Drehzahl in der Phase in der die elektrische Ma- schine durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, nicht nennenswert durch das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflusst wird. Dies gilt jedoch nur, solange das Verzögerungsmoment keine Werte erreicht, die ausreichen, um den Betriebszustand der Brennkraftmaschine nennenswert zu beeinflussen. Hierbei kann das Ausmaß der Drehmomentbeaufschlagung entspre- chend gewählt werden bzw. entsprechende Schwellenwerte bei der Erfassung vorgesehen sein.

Ein weiterer vorteilhafter Effekt einer Veränderung, der das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße ist darin zu sehen, dass hier gezielt maschi- nenseitige Parameter, die direkten Einfluss auf das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine haben und ihrerseits vom Erregerstrom abhängig sind, entsprechend variiert werden können. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgröße auf einen Minimalwert, vorzugsweise auf null, reduziert wird. Hierdurch können alle vom Erregerstrom abhängigen Verlustleistungskomponenten der elektrischen Maschine, die direkt

Einfluss auf dessen Verzögerungsmoment haben, für die Zeit der Reduzierung der Stellgröße auf einen Minimalwert bzw. auf null reduziert bzw. auf null gesetzt werden. Alle nicht vom Erregerstrom abhängigen Verlustleistungskomponenten, wie zum Beispiel die Verlustleistung bedingt durch einen Lüfter der elektrischen Maschine bzw. durch Lagerverluste, können hierdurch direkt zugänglich gemacht und bestimmt werden. Dies hat den Vorteil, dass sich hierdurch Schädigungen bzw. Defekte des Lagers und /oder des Lüfters der elektrischen Maschine ermittelbar sind. Zudem kann bei Kenntnis der jeweiligen Beiträge zum Verzögerungsmoment von Lüfter bzw. Lager auf das Verzögerungsmoment des Freilaufs geschlossen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann durch Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl der elektrischen Maschine in einer Freilaufphase mit einem typischen gespeicherten zeitlichen Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine in einer Freilaufphase, insbesondere bei gleichen oder vergleichbaren Betriebsbedingungen, ein Defekt der elektrischen Maschine ermittelt werden. Hierbei können insbesondere Defekte der elektrischen Maschine ermittelt werden, die direkten Einfluss auf die Freilaufphase haben. Hierzu zählen beispielsweise Defekte des Freilaufs und/oder Effekte des Lagers der elektrischen Maschine.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Änderung der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße getaktet. Eine Taktung der Stellgröße, insbesondere des Erregerstroms, ist besonders vorteilhaft, da hierdurch die Taktfrequenz und die Amplitude der Stellgröße derart gewählt werden kann, dass anhand des Taktmusters eine Freilaufphase sehr einfach durch Ermitteln des signifikanten Musters ermittelbar ist. Des Weiteren kann hierbei durch die Wahl der Amplitude und der Repetitionsrate der Taktung ein nachteiliger Einfluss dieser Änderung der Stellgröße, beispielsweise auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine bzw. auf eine Störung der in das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eingespeisten Energie, minimiert werden.

Es ist weiter bevorzugt, dass die Taktfrequenz größer, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor 2 größer als eine Frequenz der oszillierenden Drehzahlschwankung der Brennkraftmaschine ist. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da in den abfallenden Drehzahlflanken der durch die Brennkraftmaschine bewirkten oszillierenden Drehzahlschwankungen typischerweise der Freilauf aktiv ist. Durch die Wahl der Taktfrequenz kann somit das Tastverhältnis derart eingestellt werden, so dass die Freilaufphasen im zeitlichen Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine sicher auflösbar sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Freilaufphase der elektrischen Maschine durch Erfassen eines Zeitintervalls der Drehzahl aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl, wobei das Zeitintervall ein Drehzahlmaximum, eine Drehzahlminimum und eine Zwischendrehzahlmaximum und Drehzahlminimum angeordnete abfallende Drehzahlflanke aufweist, und durch Erfassen eines für den Freilaufzustand charakteristischen Verhaltens der Drehzahl der elektrischen Maschine im Zeitbereich der abfallenden Drehzahlflanke ermittelt werden. Dieses Verfahren zum Ermitteln einer Freilaufphase der elektrischen Maschine kann entweder kumulativ oder alternativ zum zuvor beschriebenen Verfahren, bei dem die Freilaufphase durch eine Veränderung einer das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße ermittelt wird, verwendet werden. Bei einer kumulativen Verwendung bieten sich die Vorteile, dass die aus den jeweiligen Ermittlungsverfahren ergebenden Ergebnisse verglichen und die jeweilige Freilaufphase auf redundanter Basis ermittelbar ist, was eine sichere Bestimmung einer Freilaufphase deutlich erhöht. Bei einer alternativen Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens kann eine Ermittlung der Freilaufphase auf besonders einfache Art und Weise lediglich durch die Verlaufsbestimmung des zeitlichen Drehzahlverhaltens der elektrischen Maschine ermittelt werden, ohne dass hierbei zusätzlich noch eine weitere Stellgröße verändert werden muss.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einer Ermittlung der Freilaufphase, wird das Zeitintervall derart gewählt, dass dieses zusätzlich noch eine aufsteigende Drehzahlflanke aufweist, wobei die Freilaufphase durch Vergleich der aufsteigenden Drehzahlflanke und der absteigenden Drehzahlflanke ermittelt wird. Das Drehzahlverhalten einer über ein Freilauf an eine Brennlaufmaschine gekoppelten elektrischen Maschine weist typischerweise einen asymmetrischen Verlauf auf, wobei die Drehzahlflanken, die mit einer Antriebsphase der elektrischen Maschine korreliert sind, deutlich steiler verlaufen als die abfallenden Drehzahlflanken, die mit der Freilaufphase korreliert sind. Aus diesem charakteristischen Verlauf kann ebenfalls ein Freilaufzustand der elektrischen Maschine sicher und besonders einfach ermittelt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann der Freilaufzustand der elektrischen Maschine durch Vergleich der Drehzahl der elektrischen Maschine und der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Durch ein Vergleich der Drehzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere der Kurbelwellendrehzahl, im Vergleich mit der Drehzahl der elektrischen Maschine lässt sich anhand der Drehzahldifferenz besonders einfach feststellen, wann die elektrische Maschine eine Freilaufphase aufweist. Die Information über die Kurbelwellendrehzahl kann beispielsweise auf einem Motorsteuergerät bezogen und an die elektrische Maschine, insbesondere deren Regler mittels einer Kommunikationsverbindung, insbesondere einer LIN-Verbindung ermittelt werden. Es ist möglich entweder mit hoher zeitlicher Auflösung die Drehzahl zu übermitteln und damit zeitgenau zu erfassen, zu welchen Zeitpunkten eine Drehzahldifferenz zwischen der übertragenen und der selbst, beispielsweise in der Recheneinheit der elektrischen Maschine ermittelten Drehzahl auftritt. Es ist aber auch möglich in einer niedrigeren Zeitbasis den gemittelten Drehzahlwert zu übertragen. Wenn dieser gemittelte Drehzahlwert von dem selbst bestimmten gemittelten Generatordrehzahlwert abweicht, so muss ein Freilaufzustand teilweise vorhanden sein, der immer in den Phasen des Drehzahlabfalls aktiv ist.

Die zuvor beschriebenen Verfahren zur Erkennung eines Freilaufzustands können kombiniert, jedoch aber auch in Alleinstellung verwendet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann in einem weiteren Verfahrensschritt ein Wirkungsgrad der elektrischen Maschine durch Ermitteln einer mechanischen Leistung, die aus dem Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine und deren Drehzahl ermittelt wird, und dem in Verhältnis setzen der mechanischen Leistung mit einer elektrischen Leistung der elektrischen Maschine ermittelt werden. Eine direkte Ermittlung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine, die von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, scheitert üblicherweise daran, dass das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine als solches nicht ermittelbar ist. Somit muss um den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine zu ermitteln ein Zustand gefunden werden, in dem die elektrischen Maschine von der Brennkraftmaschine entkoppelt ist und antriebsfrei ausläuft. Ein solcher Zustand ist im Freilaufzustand der elektrischen Maschine gegeben, wodurch auf besonders einfache Art und Weise der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine ermittelbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung manifestiert sich in einer Recheneinheit, insbesondere eines Reglers für eine elektrische Maschine, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß der vorstehenden Ausführungen auszuführen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be- Schreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur la zeigt eine über einen Freilauf an eine Brennkraftmaschine

gekoppelte elektrische Maschine, in schematischer Darstellung;

Figur lb zeigt einen exemplarischen Verlauf der elektrischen Leistung, der mechanischen Leistung sowie des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Drehzahl;

Figur lc zeigt eine schematische Darstellung der Ermittlung des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik; Figur 2a zeigt eine mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine

gekoppelte elektrische Maschine in einer schematischen

Darstellung;

Figur 2b zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Verfahrens zum Ermitteln des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine;

Figur 2c zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Phasenspannung sowie die hieraus abgeleitete Drehzahl; Figur 3a zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer elektrischen Maschine sowie den zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine ohne Last der elektrischen Maschine;

Figur 3b zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer elektrischen

Maschine unter Last und den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer Brennkraftmaschine;

Figur 4 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Drehzahlverläufe einer elektrischen Maschine mit unterschiedlicher Lastbeaufschlagung;

Figur 5 zeigt eine zeitliche Gegenüberstellung unterschiedlicher an einer elektrischen Maschine anliegenden Drehmomente bei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine.

In Figur la ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes System aus einem Kraftfahrzeugbord netz 10 und einer mittels eines Freilaufelements 11 an eine Brennkraftmaschine 12 gekoppelten elektrischen Maschine 14 gezeigt, wobei die elektrische Maschine 14 das Kraftfahrzeugbordnetz 10 mit Energie speist. Die elektrische Maschine 14 wird mittels eines Kopplungselements 16 - typischerweise ein Riementrieb - angetrieben, wobei das Kopplungselement 16 auf Seiten der Brennkraftmaschine 12 an einer Kurbelwelle 17 und auf Seiten der elektrischen Maschine 14 an einer mit dem Freilauf 11 versehenen Rolle festgelegt ist. Zur Regelung der Spannung im Bordnetz 10 ist eine Recheneinheit 18 in Form eines Reglers 20 vorgesehen, der in Abhängigkeit von der Spannung des Bordnetzes 10 den Erregerstrom I E IT der elektrischen Maschine 14 entsprechend einregelt.

Durch eine Veränderung des Erregerstroms I E IT verändert sich die Last der elektrischen Maschine 14 und damit deren Verzögerungsmoment, das durch ein entsprechendes Drehmoment der Brennkraftmaschine 12 zu überwinden ist, um einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine 12 zu gewährleisten. Dies kann jedoch insbesondere bei Betriebszuständen, in denen sich die Brennkraftmaschine in einem Zustand befindet, der sensibel auf Störungen reagiert - wie zum Beispiel dem Leerlaufzustand - nachteilige Folgen haben, da hierdurch bei kurzzeitigen Veränderungen des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 14 ein enormer Regelbedarf der Brennkraftmaschine 12 durch ein Motorsteuergerät 22 entsteht.

Dies ist beispielsweise in Figur lb abgebildet. Hier ist die elektrische Leistung der elektrischen Maschine (gestrichelt), die mechanische Leistung der elektrischen Maschine (gepunktet) und die Drehmomentaufnahme (durchgezogene Linie) der elektrischen Maschine exemplarisch gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass die Drehmomentaufnahme der elektrischen Maschine 14 gerade im Drehzahlbereich um den Leerlaufbetrieb ca. 800 U/min ein lokales Maximum aufweist, was gerade den Bereich um den Leerlaufbetrieb für die Brennkraftmaschine 12 besonders regelintensiv macht. Es kann vorkommen, dass das Motorsteuergerät 22 nicht mehr in der Lage ist, die Brennkraftmaschine 12 entsprechend einzuregeln, wodurch durch eine sprunghafte Vergrößerung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 14 die Brennkraftmaschine abgewürgt werden kann.

Um dies zu verhindern und die Brennkraftmaschine 12 mittels des Motorsteuergeräts 22 entsprechend regeln zu können, wird im Stand der Technik das Verzö- gerungsmoment der elektrischen Maschine 14 auf Grundlage des Erregerstroms lErr Und der Drehzahl der elektrischen Maschine geschätzt. Dies ist jedoch sehr ungenau, da alle Verlustleistungskomponenten der elektrischen Maschine, beispielsweise betreffend den Ständer P s t, die Eisenverluste PE, die Rotorverluste PR O , die Lüfterverluste P ve nt, und die Lagerverluste Pi_ a lediglich geschätzt wer- den können (vergleiche Figur lc). All diese Zustandsgrößen müssen für eine Abschätzung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine für die jeweiligen Betriebszustände in einem Kennfeld hinterlegt werden, was ein solches Verfahren zudem sehr aufwendig macht. Aufgrund der Schätzung einer Vielzahl der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 14 beeinflussenden Fakto- ren ist dieses Verfahren zudem für viele Anwendungen nicht ausreichend genau.

In Figur 2 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments M einer elektrischen Maschine anhand der in Figur 2a dargestellten, mit einem Freilaufelement 111 an eine Brennkraftmaschine 112 gekoppelten elektrischen Maschine 114 gezeigt, die mittels eines Kopplungselements 116 von der Brennkraftmaschine 112 angetrieben wird. Die Kombination aus elektrischer Maschine 114 und Brennkraftmaschine 112, wie sie in Figur 2 abgebildet ist, ist in weiten Teilen der in Figur 1 gezeigten Kombination ähnlich, weshalb teilweise für gleiche bzw. vergleichbare Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet wurden und die Funktion und Lage der einzelnen Elemente entsprechend identisch ist.

Das Kopplungselement 116 ist motorseitig mit der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 wirkverbunden. Die Brennkraftmaschine 112 gibt bedingt durch die Arbeitstakte der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 112 das Drehmoment impulsartig an die Kurbelwelle 117 ab. Mit der impulsartigen Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112 geht ein Abrieb des Kopplungselements 116 einher, der durch das an der elektrischen Maschine 114 vorgesehene Freilaufelement 111 gelindert wird.

Die elektrische Maschine 114 weist zudem noch eine Recheneinheit, vorzugsweise einen Regler 120, auf, der durch Vorgabe eines Erregerstroms Ι Ε ΓΓ die an das Kraftfahrzeugbordnetz 119 eingespeiste Energie regelt. Zum Erfassen und Übertragen von Daten mit einer Motorsteuereinheit 122 kann zudem eine Kommunikationsverbindung 124 vorgesehen sein (gestrichelt dargestellt). Der Regler 120 ist zudem dazu vorgesehen, das-nachfolgend beschriebene Verfahren zum Ermitteln des Verzögerungsmomentes M der elektrischen Maschine 114 durchzuführen. Das Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 wird auf physikalischen Zustandsgrößen, wie nachfolgend beschrieben, ermittelt.

Die inhärente Massenträgheit eines Körpers, vorliegend der Läufer der elektrischen Maschine 114, wird beschrieben über den Drehimpuls der rotierenden Massen L= ωχ J, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Läufers und J dessen Trägheitsmoment ist. Das Trägheitsmoment ist im Wesentlichen abhängig von der Masse und der Geometrie des Läufers. Diese Größen sind grundsätzlich für jeden Läufer, der in eine elektrische Maschine eingebaut wird, ohne weiteres ermittelbar. Das Trägheitsmoment des Läufers verändert sich in erster Näherung während eines Betriebs der elektrischen Maschine nicht wesentlich und kann somit als konstante Größe beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt werden. Das Drehmoment ist allgemein definiert als zeitliche Ableitung des Drehimpulses. Die Zustandsgieichung aller im System der Brennkraftmaschine 112 und elektrischen Maschine 114 vorhandenen Drehmomente ergibt sich durch die Summe aller anliegenden Drehmomente, wobei diese durch gegeben ist.

Das Drehmoment des Antriebs MßkM, also der Teil des Drehmoments der Brennkraftmaschine 112, der über den Riemen an die elektrische Maschine übermittelt wird, ist nicht ohne Weiteres ermittelbar. Hier macht man sich zunutze, dass aufgrund der impulsartigen Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112 eine Welligkeit der Drehzahl entsteht, bei der die elektrische Maschine 114 mehr oder weniger regelmäßig angeordnete Freilaufphasen Phfi aufweist, die von Antriebsphasen Phant der Brennkraftmaschine unterbrochen werden (vgl. Figur 3). Während diesen Freilaufphasen Phfi ist die elektrische Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt und die Drehmomentgleichung vereinfacht sich entsprechend:

Μ + d/dt ωχ 0 , beziehungsweise MGen = -d/dt

Damit kann durch Ermittlung der Drehzahl im Zeitbereich einer Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 direkt das anliegende Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden, das summarisch über magnetische Kräfte, Reibungsverluste, aerodynamische Verluste, usw. beeinflusst wird.

Da die elektrische Maschine 114 mittels des Reglers 120 die jeweilige Momentandrehzahl über das an der elektrischen Maschine 114 anliegende Phasensignal 121, insbesondere in Form einer Phasenspannung 121a bzw. eines Phasenstroms ermitteln kann, ist die elektrische Maschine 114 bzw. der Regler 120 dazu eingerichtet, die Zeitperioden des Freilaufs entsprechend zu erkennen und aus dem jeweiligen Drehmomentverlauf im Zustand Freilauf PhiFi das jeweilige Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. Die Ermittlung der Drehzahl 122 erfolgt über das Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 und ist schematisch in Figur 2c dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 auch auf anderem Wege, beispielsweise anhand eines Drehzahlsensors ermittelt werden kann. Die Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 und die Drehzahl (nGen), können auf

Basis der Beschreibung analog verwendet werden.

Die Ermittlung des Drehzahlsignals 122 aus einem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 ist in Figur 2c näher beschrieben. Bei dem Phasensignal 121 handelt es sich vorliegend um eine der Phasenspannungen 121a der elektrischen Maschine. Es versteht sich, dass hierzu grundsätzlich jede beliebige Phasenspannung einer oder mehrerer Phasen der elektrischen Maschine 114, aber auch die jeweiligen Phasenströme verwendbar sind, um hieraus das Drehzahlsignal der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. Bei Verwendung von mehr als einer Phasenspannung kann eine entsprechend höhere zeitliche Auflösung des Drehzahlsignals erreicht werden (nicht dargestellt).

Die Phasenspannung 121a verläuft bei einem Generator mit Stromabgabe in erster Näherung rechteckförmig. An diesem Signal der Phasenspannung 121a kann eine mittlere Phasenzeit Tphase erfasst werden, wobei diese sich am besten an den steilen Flanken der Phasenspannung 121a ermitteln lässt. Die Generatordrehzahl ergibt sich demnach aus der Formel: wobei nGen die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in Umdrehungen pro Minute ist und PPZ die Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114.

Die Kurbelwellendrehzahl bei inaktivem Freilauf - elektrische Maschine wir durch die Brennkraftmaschine getrieben - ergibt sich aus der Formel: n KW = 60/(T * PPZ * Üb), wobei nkw die Kurbelwellendrehzahl in Umdrehungen pro Minute ist, Üb das Übertragungsverhältnis zwischen Kurbelwelle und Generatorwelle und PPZ die

Polpaarzahl des Generators. Die hierzu korrespondierenden Werte der Drehzahl 122 und einer mittleren Drehzahl 122m, die dem Mittelwert der Drehzahl 122 innerhalb eines Zeitintervalls entspricht, sind in Figur 2c ebenfalls als Punkte bzw. als Linie dargestellt. Das Zeitintervall kann insbesondere derart gewählt werden, dass über mehrere Oszillationen gemittelt wird.

Die Drehzahl kann vorzugsweise digital ermittelt werden. Mittels einer Messung der zeitlichen Abstände Tphase der Amplituden in dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114, kann, wie bereits beschrieben, die Momentandrehzahl ηκνν ermittelt werden. Sofern Parameter wie Zylinderzahl, Übertragungsverhältnis und Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114 im erfassten Zeitraum bekannt sind, kann der Regler 118 eine feste Anzahl von Drehzahlwerten in einem Speicher, zum Beispiel in einem Schieberegister, (nicht dargestellt) einspeichern und zumindest innerhalb eines Schwingungszyklusses jeweils eine maximale und eine minimale Momentandrehzahl ermitteln. Bei den maximalen und minimalen Momentandrehzahlen handelt es sich vorzugsweise um die Peak- drehzahlen im jeweils erfassten Zeitbereich. Die Differenz zwischen diesen Drehzahlen ist ein Maß für das durch die Brennkraftmaschine 112 abgegebene Drehmoment. Zur genauen Ermittlung von Tphase ist es vorteilhaft, eine hohe zeitliche Auflösung um den Mittelwert von Tphase zu gewährleisten. Hierbei kann für eine bessere Auflösung die Drehzahl auf Basis der ansteigenden und abfallenden Flanken der Phasenspannung 121a ermittelt werden. Im Speicher können grundsätzlich beliebig viele Drehzahlwerte erfasst werden, wobei jedoch etwa ein ganzer Zyklus einer Schwingung für eine Auswertung erfasst werden sollte.

Um darzustellen, dass die Abtastrate des Generators ausreichend ist, um die Drehzahl 122 und insbesondere die der Drehzahl überlagerten Oszillationen ent- sprechend aufzulösen, sollen nachfolgend die Verhältnisse der entsprechenden

Frequenzen betrachtet und mit dem Nyquist-Kriterium abgeglichen werden. Das Nyquist-Kriterium fordert, dass f e /fmoment > = 2. Bezogen auf die Motordrehzahl ergibt sich die Generatorfrequenz bei inaktivem Freilauf, d.h. starrer Kopplung der elektrischen Maschine mit der Brennkraftmaschine, bzw. die Frequenz der elektrischen Maschine mit wobei riKw die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist.

In Kombination mit der Gleichung für fmoment = ηκνν/60 * Zylinderzahl/2 ergibt sich fe/f moment- 2 * Ub * PPZ / Zylinderzahl.

Damit ergibt sich beispielsweise für Üb = 3, PPZ = 6, Zylinderzahl = 4, dass der Quotient f e /fmoment = 9 ist. Selbst bei sehr großen hochzylindrigen Motoren, bei ¬ spielsweise eines 12-Zylinder-Motors, beträgt das Verhältnis fe/fmoment = 3, wobei auch hier das Nyquist-Abtastkriterium stets erfüllt ist.

In Figur 3 ist der Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine 112 (gestrichelte Linie) und der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine 114 (durchgezogene Linie) mit zwei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine 114 im ersten Fall ohne eine an der elektrischen Maschine anliegenden Last (Figur 3a) und mit einer an der elektrischen Maschine anliegenden Last (Figur 3b) dargestellt.

Die unterschiedlichen Lasten an der elektrischen Maschine 114 gehen zwangsläufig mit unterschiedlichen Verzögerungsmomenten der elektrischen Maschine 114 einher. Dies ist daran zu erkennen, dass im Zeitbereich einer Freilaufphase Phfi der Gradient der abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine ohne Last (vgl. Figur 3a) deutlich geringer ist, als der Gradient der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit Last (vgl. Figur 3b). Bei einer ansteigenden Flanke 126 der Drehzahl 122 ist ein vergleichbares Verhalten nicht zu beobachten. Die Last und damit das Verzögerungsmoment MGen der elektrischen Maschine 114 kann demnach durch eine das Verzögerungsmoment MGen beeinflussende Stellgröße geregelt werden. Eine derartige Stellgröße ist beispielsweise der Erregerstrom Ι Ε Π -. Das lastsensitive Verhalten des Drehzahlgradienten in einer Freilaufphase Phfi kann somit beispielsweise dazu benutzt werden, um eine Freilaufphase Phfi zu erkennen. Das lastsensitive Verhalten des Drehzahlgradienten 122a, 122b im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 ist insbesondere in einer Freilaufphase Phfi signifikant, da in diesem Fall die elektrische Maschine von den bewegten Massen der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt ist .

Darüber hinaus kann durch eine Reduzierung der das Verzögerungsmoment ΜΘ ΘΠ beeinflussenden Stellgröße, mithin bis auf null, alle von der jeweiligen Stellgröße abhängigen Verlustleistungskomponenten, die wiederum das Verzögerungsmoment ΜΘ ΘΠ beeinflussen, minimiert bzw. eliminiert werden, wodurch Defekte der elektrischen Maschine 114, wie zum Beispiel Defekte des Generatorlagers der elektrischen Maschine 114 bzw. des Freilaufs 111 ermittelbar sind. Hierbei sind sowohl graduelle Verschlechterungen der jeweiligen Lager bzw. des Freilaufs, aber auch ein vollständiger Defekt - blockierter Freilauf - grundsätzlich ermittelbar.

Die Freilaufphase in der elektrischen Maschine 114 können entweder wie zuvor bereits beschrieben, über eine Veränderung einer das Verzögerungsmoment ΜΘ ΘΠ beeinflussenden Stellgröße, aber auch anderweitig ermittelt werden. Eine Möglichkeit bietet hier beispielsweise eine Bestimmung der Freilaufphasen aus Erfahrungswerten, bei der ermittelt wird, ob im Leerlauf der Brennkraftmaschine 112 der Freilauf 111 der elektrischen Maschine 114 aktiv ist. Diese Informationen können beispielsweise im Motorsteuergerät 122 hinterlegt werden und über die Kommunikationsschnittstelle 124 an den Regler übermittelt werden, welcher daraufhin eine Bestimmung M des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 114 veranlassen kann.

Eine weitere Möglichkeit bietet der Vergleich der ansteigenden Flanken der Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in der Antriebsphase PhiAnt und der abfallenden Flanke der Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in der Freilaufphase PhiFL. Wie in den Figuren 3a und 3b deutlich zu erkennen ist, sind die ansteigenden Flanken in der Antriebsphase und die abfallenden Flanken in der Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 stets asymmetrisch zu den jeweiligen Maxima und Minima im Drehzahlverlauf. Anhand dieser charakteristischen und asymmetrischen Verlaufs der Drehzahl kann der Freilaufzustand Ph.Fi_ bezie- hungsweise der Antriebszustand PhiAnt der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden.

Eine noch weitere Möglichkeit die Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 zu erfassen, ist ein Vergleich der aktuellen Drehzahl der Kurbelwelle 117 mit der aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine 114. Aufgrund der unterschiedlichen Drehzahlen in der Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 ist auch zwischen Vorgängen, bei denen der Freilauf 117 lediglich zeitweise aktiv ist, und Vorgängen bei denen der Freilauf nicht aktiv ist, ein Unterschied in der Drehzahl erkennbar. Dies lässt sich insbesondere durch das Übertragungsverhältnis des Riementriebs zwischen Kurbelwelle 117 und der elektrischen Maschine 114 ermitteln, wobei hierbei das Übertragungsverhältnis ÜB bei einer Zwangskopplung der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 zugrunde gelegt wird. Dies ergibt sich aus dem Verhältnis der Drehzahlen der elektrischen Maschine 114 bzw. der Brennkraftmaschine 112, nGen nßkm = Üb. Dieses Übertragungsverhältnis kann als Konstante beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt werden und zum Abgleich herangezogen werden. In einer Antriebsphase PhiAnt entspricht das Übertragungsverhältnis stets dem angegebenen Wert. Ist jedoch der Freilauf aktiv, ist der Quotient aus der Drehzahl der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 größer als das hinterlegte Übertragungsverhältnis, wodurch auf einen aktiven Freilauf geschlossen werden kann. Die mittlere Kurbelwellendrehzahl bzw. die mittlere Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 kann anhand der Daten des Motorsteuergeräts 122 bereitgestellt und mittels der Kommunikationsverbindung 124 an den Regler 120 der elektrischen Maschine 114 übermittelt werden, der die jeweiligen Freilaufanteile bzw. Freilaufphasen PhiFL entsprechend festlegt.

In einem weiteren Verfahren kann das Vorhandensein von Freilaufphasen PIIFL der elektrischen Maschine 114 auch dadurch bestimmt werden, dass lediglich die mittlere Drehzahl der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 mit der mittleren Drehzahl der elektrischen Maschine 114 verglichen werden. Sofern das Verhältnis der Drehzahlen größer ist als der Übertragungsfaktor Üb liegen Zeitanteile mit einem aktivierten Freilauf vor, wobei die Freilaufphasen zu Zeiten mit sinkenden Drehzahlen anliegen. Eine weitere Möglichkeit das Vorhandensein von Freilaufphasen PIIFL ZU erkennen, besteht darin, den Minimalen Drehzahlwert der Brennkraftmaschine 112 mit dem minimalen Drehzahlwert der elektrischen Maschine 114 ins Verhältnis zu setzen. Sofern das Verhältnis der Drehzahlen größer ist als der Übertragungsfaktor Üb müssen Zeitanteile mit einem aktivierten Freilauf vorliegen, wobei Freilaufphasen zu Zeiten mit sinkenden Drehzahlen vorliegen, genauer zu den Zeiten mit dem größten negativen Drehzahlabfall. Gleichermaßen können auch vom Übertragungsfaktor abhängige Größen wie die Frequenz eines Phasensignals der elektrischen Maschine 112 herangezogen werden und mit einem entsprechenden Referenzwert verglichen werden.

In einer weiteren Ausprägung wäre vorausgesetzt, dass Freilaufphasen in bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, z.B. Leerlauf regelmäßig auftreten. Durch Übertragung dieses Betriebszustandes vom Motorsteuergerät an den Regler kann dieser auf das Vorhandensein von Freilaufphasen schließen. Die Freilaufphasen befinden sich dann wiederum in den Zeitbereichen mit max. negativem Drehzahlgradienten.

In Figur 4 ist der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 (durchgezogene Linie) der Drehzahlverlauf 122a der elektrischen Maschine 114 bei einer ersten Last (gepunktete Linie) und der Drehzahlverlauf 122b der elektrischen Maschine 114 bei einer zweiten, im Vergleich zur ersten Last vergrößerten Last der elektrischen Maschine, dargestellt. Hieran soll nochmals verdeutlicht werden, dass das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 durch den Gradienten des Drehzahlabfalls in einer Freilaufphase PIIFL der elektrischen Maschine 114 ermittelbar ist.

In Figur 5 sind der Drehzahlverlauf aus Figur 4 mit der Drehzahl nßkm *ÜB der Brennkraftmaschine 112 und der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine 113 mit einer ersten Last und der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit einer zweiten Last gezeigt. Dem gegenüber gestellt, sind die entsprechenden durch die elektrische Maschine bewirkten Verzögerungsmomente Mi und M2 (gepunktet dargestellt), wobei Mi der geringeren und M2 der höheren Last zugeordnet ist. Als gestrichelte Linie sind noch die an der elektrischen Maschine 114 anliegenden Gesamtdrehmomente MGi und MG2 dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass beim Entkoppeln der elektrischen Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 in den Freilaufphasen PIIFL diese auf das jeweilige Niveau der Verzögerungsmomente Mi bzw. M2 abfällt und beim Wiedereingriff der Brennkraftmaschine 112 wieder entsprechend sprunghaft ansteigt. Somit entspricht das in den Freilaufphasen PIIFL anliegende Drehmoment genau dem Verzögerungsmoment

M, während in den Antriebsphasen PhiAn das Verzögerungsmoment des Generators zwar gleich bleibt aber durch ein hohes Gegenmoment an der Welle gegenkompensiert wird. Des Weiteren ist noch das Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 dargestellt, mit dem die jeweiligen Drehzahlsignale abgetastet werden.

In den Antriebsphasen PhiAnt der elektrischen Maschine ist mehr Drehmoment anliegend als aktuell benötig wird. Dieses überschüssige Drehmoment wird in Form eines Drehzahlanstiegs im Drehimpuls zwischengespeichert. Da dieses anliegende Drehmoment mit den zur Verfügung stehenden Messmitteln nicht sinnvoll erkannt werden kann, ist die Messung des Verzögerungsmoments M der elektrischen Maschine 114 lediglich im Freilauf möglich. Die vorliegenden Daten basieren auf den typischen Zeitverhältnissen für einen Vier- Zylindermotor mit einem Übertragungsverhältnis zwischen elektrischer Maschine und Brennkraftmaschine von 3 am Riementrieb 116 und einer Polpaarzahl von 8 an der elektrischen Maschine 114. Bei einer starren Kopplung (kein aktiver Freilauf) zwischen der Brennkraftmaschine 112 und der elektrischen Maschine 114 ist die Anzahl der Spannungspulse 121a, beispielsweise zwischen zwei Minima des Drehzahlverlaufs, festgelegt. Sofern die Anzahl der Phasenspannungspulse gegenüber der Anzahl an Phasenspannungspulsen, die für eine starre Kopplung zwischen der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 zu erwarten wäre, abweicht, insbesondere sich vergrößert, kann auf das Vorliegen einer Freilaufphase PhiFi geschlossen werden. Die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse kann entsprechend, beispielsweise in einem Speicher, hinterlegt werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse 121a zwölf, da die Anzahl der Pulse mit einem Übertragungsverhältnis von 3 und einer Polpaarzahl von 8 und einer Zylinderzahl von 4 ermittelt wurde. Dies ist jedoch eine willkürliche Anzahl, die im Wesentlichen vom Übertragungsverhältnis ÜB, der Polpaarzahl sowie der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine 112 abhängig ist. Die Herleitung hierzu ist insbesondere der Beschreibung zu Figur 2c) zu entnehmen. Grundsätzlich versteht sich, dass die angegebenen Zahlenwerte der qualitativen Beschreibung der Erfindung dienen und keine zwingende Einschränkung auf diese Zahlenwerte gegeben ist.

Des Weiteren lässt sich durch das Erkennen einer Freilaufphase PhiFi und einem Ermitteln des Verzögerungsmoments ΜΘ ΘΠ der elektrischen Maschine 114 auf sehr einfachem Wege der Wirkungsgrad μ der elektrischen Maschine 114 bestimmen. Der Wirkungsgrad ergibt sich als Quotient der elektrischen Leistung und der mechanischen Leistung, μ = P e /Pmech. Die elektrische Leistung P e i ist mittels des Erregerstroms I EIT der Drehzahl nGen und der Generatorspannung UGen z.B. aus einem Kennfeld oder anhand eines Models bestimmbar. Die mechanische Leistung P me ch bestimmt sich aus dem Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine und der Drehzahl nGen mit P me ch =2*Pi*MGen * nGen. Somit lässt sich auf sehr einfachem Wege der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine bestimmen.