Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine, aufweisend einen Stator und einen gegenüber diesem unter Veränderung einer Drehposition mit einer Rotordrehzahl n drehbaren Rotor, wobei die elektrische Maschine in einem ersten Betriebszustand in Abhängigkeit von einer durch einen Drehwinkelsensor gemessenen Drehwinkelposition des Rotors elektrisch gesteuert betrieben ist und in einem zeitlich darauffolgenden zweiten Betriebszustand abhängig von einer ohne die gemessene Drehwinkelposition des Drehwinkelsensors berechneten Drehwinkelposition des Rotors elektrisch geregelt betrieben ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt, eine Steuereinheit, eine elektrische Maschine und ein Hybridmodul.

Ein wachsender Bedarf an individueller Mobilität, eine zunehmende Anzahl von Autos und steigende Pkw-Dimensionen erfordern Maßnahmen zur Verbesserung der Parksituation in städtischen Gebieten. Neben Aspekten wie städtische Verdichtung und steigende Fahrzeugzahlen führen stetig steigende Fahrzeugabmessungen zu Parkplatzknappheit und komplizierten Parkvorgängen. Ein Weg zur Bewältigung dieser Herausforderung ist die Umsetzung neuer Fahrzeug- und Transportkonzepte, die auf die Substitution konventioneller Pkw abzielen. Alternative Fahrzeugaufbauten und neue Lenkungstechnologien sind in der Lage, spezifische Park- und wichtige Kundenanforderungen gleichzeitig zu erfüllen.

Aus diesem Grund werden derartige PKWs beispielsweise auch zunehmend mit einer Hinterachslenkung versehen, was die Manövrierbarkeit dieser Fahrzeuge deutlich verbessert und insbesondere auch ein automatisches Einparken des PKWs unterstützt. Zur Aktuierung der Hinterachslenkung werden üblicherweise elektrisch und/oder hydraulisch betätigbare Aktoren eingesetzt, wobei es zur Steuerung der Hinterachslenkung aus ersichtlichen sicherheitsrelevanten Überlegungen wichtig ist, die genaue Position des Aktors bzw. der Hinterachslenkung sicher und möglichst exakt zu detektieren. Aus der DE 10 2018 130 228 A1 ist ein Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs bekannt, umfassend eine Schubstange, die innerhalb eines Gehäuses longitudinal verlagerbar ist und eine Verdrehsicherung aufweist. Dabei ist eine Sensoreinheit integriert in das Gehäuse des Hinterachslenkungsaktuators vorgesehen.

Neben verschiedener Aktuatorikfunktionen, wie beispielsweise der genannten Lenkaktuatorik, werden elektrische Maschinen, insbesondere permanenterregte Synchronmotoren, bei Kraftfahrzeugen auch zunehmend für den Antrieb eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.

Bei permanenterregten Synchronmotoren kommt es ferner sehr darauf an, wie die vom Magnetfeld durchströmten Teile zueinander positioniert sind. Dies betrifft auch die genaue Kenntnis über die Winkellage der sich drehenden Teile, denn die sich beim drehenden Motor ständig ändernde Lage der in dem drehenden Rotor integrierten Magnete (Winkelstellung) muss relativ zu dem in den Stator integrierten Wicklungen immer exakt bekannt sein, um den Elektromotor richtig ansteuern zu können. Die sich ändernde Winkelposition des Rotors muss zu jedem Zeitpunkt genau bekannt sein, um die Ausrichtung der Rotorkomponenten (z. B. der Rotormagnete, die meist als Permanentmagnete ausgeführt werden) relativ zu den Statorkomponenten (z. B. der Statormagnete, die meist als Elektromagnete/ Statorwicklungen ausgeführt werden) zu ermitteln und die Ansteuerung des Motors darauf abstimmen zu können.

Die Ansteuerung eines derartigen Elektromotors wird also durch die Aufprägung eines Drehfeldes in den Wicklungen des Motors erreicht. Abhängig vom Rotorlagewinkel muss hierbei das Drehfeld über eine Regelung nachgeführt werden. In der Regel wird die Lage des Rotors mittels eines Rotorlagesensors gemessen und der ermittelte Rotorlagewinkel an die Ansteuerung des Elektromotors übergeben.

Um Kosten und Bauraum zu sparen, sind jedoch auch bereits geberlosen Regelungen bekannt geworden, welche auf einen physischen Rotorlagesensor verzichten. Es wird hierbei lediglich auf die für die feldorientierte Regelung ohnehin unverzichtbaren Stromsensoren zurückgegriffen. Dieses insbesondere bei 3- phasigen permanenterregten Synchronmaschinen weit verbreitete Regelungskonzept beruht auf einer Transformation der 3- phasigen Wechselgrößen in ein zweiachsiges Koordinatensystem, welches synchron mit dem Rotorfluss der Maschine rotiert. In einem derartigen Koordinatensystem, üblicherweise als d/q- Koordinatensystem bezeichnet, werden beispielsweise die drei Phasenströme der Ständerwicklung i_u, i_v, i_w durch einen 2-dimensionalen Stromvektor mit den Komponenten i_q und i_d dargestellt. Bei einem ideal sinusförmigen Rotorfluss und ideal sinusförmigen Phasenströmen werden die ursprünglichen Wechselgrößen i_u, i_v, i_w als Folge des rotorflusssynchron rotierenden Koordinatensystems auf Gleichgroßen i_q, i_d abgebildet.

Bei der feldorientierten Stromregelung werden die Spannungswerte bzw. Stromwerte der Phasen des Stators der Synchronmaschine also in bekannter Weise auf ein zweidimensionales Koordinatensystem, dessen zueinander senkrechte Achsen üblicherweise mit d („direct“) und q („quadrature“) bezeichnet werden, transformiert. Dieses Koordinatensystem rotiert relativ zum Stator der Synchronmaschine und ruht relativ zum Rotor der Synchronmaschine. Die Transformation selbst heißt Park- Transformation, das zweidimensionale Koordinatensystem, auf das transformiert wird, heißt Park-Koordinatensystem. Die Park-Transformation kann über den Zwischenschritt einer, ebenfalls bekannten, Clarke-Transformation erfolgen, welche die Spannungswerte bzw. Stromwerte der Phasen des Stators der Synchronmaschine auf ein zweidimensionales, orthogonales, relativ zum Stator ruhendes Koordinatensystem transformiert.

Beim sensorlosen Betrieb eines Elektromotors wird - wie oben bereits erwähnt - auf den Rotorlagesensor, mit dem gewöhnlich der aktuelle Winkel des Rotors bestimmt wird, verzichtet. Man nutzt beispielsweise Stromsensorsignale und gemessene bez. geschätzte Phasenspannungen, um über ein Modell auf die Rotorlage und die Geschwindigkeit des Motors zu schließen. Unter einer Drehzahlschwelle der absoluten Drehzahl ist es notwendig sogenannte Injektionssignale einzuspeisen, welche die Identifikation der Rotorlage und der Geschwindigkeit in diesem Drehzahlbereich unterstützen.

In WO 2020 001 681 A1 ist ein Elektromotor mit einem Stator und einem diesem gegenüber verdrehbaren Rotor und ein Steuerungssystem beschrieben, das einen Stromimpuls an den Elektromotor ausgeben kann, wobei der Stromimpuls eine Drehbewegung des Rotors in eine erste Drehrichtung und um einen ersten Drehwinkel und dadurch eine induzierte Spannung bewirkt, die durch das Steuerungssystem empfangen wird und durch welche das Steuerungssystem die Drehrichtung und/oder die Drehlage des Rotors in Bezug auf den Stator ermittelt.

In DE 102018 120 421 A1 ist ein Verfahren zur geberlosen Regelung permanentmagneterregter, synchroner Elektromotoren offenbart, bei dem eine Beschreibung eines Systems in einem ruhenden aß-Koordinatensystem eines Elektromotors durchgeführt wird. Das System umfasst ein elektromagnetisches Modell und ein mechanisches Modell eines Elektromotors mit Antriebstrang. Für das Model werden differentielle Induktivitäten, die jeweils von den Strömen des Elektromotors abhängig sind, in Form von Look-Up-Tabellen hinterlegt. Die Look- Up-Tabellen können für die Berechnung abgerufen werden. Auf Basis des elektromagnetischen und mechanischen Modells werden die Drehzahl und der Winkel des Elektromotors durch einen Kalman-Filter geschätzt, wobei dies hauptsächlich über das mechanische Modell geschieht. Über das elektrische Modell kann ein inneres Drehmoment für die Drehmomentgleichung geliefert werden, um daraus eine Drehzahländerung oder Winkeländerung zu bestimmen.

In Elektrofahrzeugen hat sich der geberlose Betrieb von elektrischen Maschinen noch nicht durchgesetzt. Ursache hierfür ist, dass der geberlose Betrieb nachweislich gut bei höheren Drehzahlen stabil funktioniert. Für Drehzahlen nahe Null Umdrehungen ist der Betrieb nur unter Hinzunahme von Injektionssignalen möglich. Die Wahl geeigneter Injektionssingale stellt aber eine sehr große Herausforderung dar, da die Auswirkungen von Injektionssingale nicht immer positiv auf das System sind. Zum einen kann es wegen den Injektionssignalen zu störenden Geräuschentwicklungen kommen, zum anderen ist es bei der Wahl der Injektionssignale in Frequenz und Amplitude schwer eine stabile und robuste Kombination zu finden.

Die Verwendung eines Sicherheitszertifizieren Drehwinkelsensors für die Drehwinkelposition des Rotors hilft jedoch grundsätzlich auch bei der Diskussion sicherheitskritischen Szenarien in der funktionalen Sicherheit. Beispielsweise für Pumpenantriebe, Kompressoren oder Ventilatoren gehört der geberlose Betrieb entsprechender elektrischer Maschinen bereits zum Stand der Technik. Eine beliebte Vorgehensweise für den Start des Motors ist hierbei der Wechsel von einem rein gesteuerten Hochlauf des Elektromotors durch Vorgabe eines Drehfeldes hin zu einem sensorlos geregelten Elektromotor. Durch diesen Ansatz lässt sich der Einsatz von Injektionssignalen für Drehzahlen nahe Null vermeiden.

Durch das Umschalten vom gesteuerten Betrieb in den geberlos geregelten Betrieb kommt es zwangsläufig zu starken Impulsen in den Strom bzw.

Spannungssignalen, da das für die Regelung des Elektromotors benötigte Winkelsignal in der Regel zwischen dem gesteuerten Betrieb und dem geregelten Betrieb eine Unstetigkeit aufweist. Das aktuelle Winkelsignal ist während des Hochlaufs so z.B. einer bestimmten Winkellage im rotorfesten Koordinatensystem zugeordnet, z.B. d-Richtung. Abweichend davon ist die Winkellage, die sich im geberlos geregelten Betrieb einstellt, da dann zu d-Richtungskomponenten auch q- Richtungskomponenten hinzukommen.

Aufgabe der Erfindung ist es die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine bereitzustellen. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Computerprogrammprodukt, eine optimierte Steuereinheit, eine verbesserte elektrische Maschine und ein verbessertes Hybridmodul zu realisieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen

Maschine, aufweisend einen Stator und einen gegenüber diesem unter

Veränderung einer Drehposition mit einer Rotordrehzahl n drehbaren Rotor, wobei die elektrische Maschine in einem ersten Betriebszustand in Abhängigkeit von einer durch einen Drehwinkelsensor gemessenen Drehwinkelposition des Rotors elektrisch gesteuert betrieben ist und in einem zeitlich darauffolgenden zweiten Betriebszustand abhängig von einer ohne die gemessene Drehwinkelposition des Drehwinkelsensors berechneten Drehwinkelposition des Rotors elektrisch geregelt betrieben ist, wobei zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand ein Zeitintervall definiert ist, in welchem mittels einer mathematischen Funktion und/oder eines mathematischen Verfahrens die am Beginn des Zeitintervalls gemessene Drehwinkelposition des Rotors und die am Ende des Zeitintervalls erwartete berechnete Drehwinkelposition des Rotors interpoliert werden, so dass im Betrieb der elektrischen Maschine innerhalb des Zeitintervalls eine Überblendung der gemessenen Drehwinkelposition hin zur berechneten Drehwinkelposition des Rotors erfolgt.

Es wird also erfindungsgemäß vorgeschlagen, den gesteuerten Betrieb in den geregelten Betrieb in einem definierten Zeitintervall zu überblenden.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die für den Betrieb des Motors notwendigen Signale einen weiterhin glatten Verlauf zeigen und Schwingungen im Gesamtsystem vermieden werden können.

Als geberloser Betrieb wird ein Betrieb ohne Einbezug einer mit einem Sensor, beispielsweise einem Drehwinkelsensor, gemessenen Drehposition verstanden.

Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen. Ein Hybridelektrokraftfahrzeug, auch als Hybrid Electric Vehicle (HEV) bezeichnet, ist ein Elektrofahrzeug, das von mindestens einem Elektromotor sowie einem weiteren Energiewandler angetrieben wird und Energie sowohl aus seinem elektrischen Speicher (Akku) als auch einem zusätzlich mitgeführten Kraftstoff bezieht.

Im Sinne dieser Anmeldung werden unter dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges alle Komponenten verstanden, die im Kraftfahrzeug die Leistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs generieren und über die Fahrzeugräder bis auf die Straße übertragen.

Eine elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt. Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine als Radial- oder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Eine elektrische Maschine umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Eine elektrische Maschine kann trocken- oder nasslaufend ausgeführt sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine als eine permanenterregte Synchronmaschine ausgeführt ist.

Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.

Der Drehwinkelsensor ist bevorzugt als ein absoluter Drehwinkelsensor für eine elektrische Maschine ausgeführt. Der Drehwinkelsensor stellt bevorzugt ein die Rotorwinkellage repräsentierendes Sensorsignal zur Verfügung. Höchst bevorzugt wird das Sensorsignal an eine Steuereinrichtung zur Steuerung der elektrischen Maschine geleitet.

Eine elektrische Maschine kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen. Eine Steuereinrichtung, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, dient insbesondere der elektronischen Steuerung und/oder Reglung eines oder mehrerer technischer Systeme der elektrischen Maschine.

Eine Steuereinrichtung weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinrichtung ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen.

Innerhalb der Steuereinrichtung können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinrichtung eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung wenigstens einen, bevorzugt zwei elektronische Prozessoren zur Ausführung von in jeweils einer Software definierten Programmabläufen. Die beiden Prozessoren können als Rechnerkerne auch baulich in einem Prozessor integriert sein, wobei die entsprechenden Rechnerkerne dann jeweils einen Prozessor im Sinne der Erfindung darstellen.

Die Steuereinrichtung kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinrichtung übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinrichtung einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.

Eine Steuereinrichtung kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über im Kraftfahrzeug vorhandene Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.

Ganz besonders bevorzugt besitzt die Steuereinrichtung wenigstens einen Prozessor und wenigstens einen Speicher, der insbesondere einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinrichtung zur Ausführung des Computerprogrammcodes zu veranlassen.

Die Steuereinheit kann besonders bevorzugt eine Leistungselektronik zur Bestromung des Stators oder Rotors umfassen. Eine Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an die elektrische Maschine steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik bzw. ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B.

Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mathematische Funktion eine lineare Funktion ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine lineare Funktion mit kleinem Aufwand realisierbar ist.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Überblendung zwischen der am Beginn des Zeitintervalls gemessenen Drehwinkelposition des Rotors und der am Ende des Zeitintervalls erwarteten berechneten Drehwinkelposition des Rotors durch eine sich ändernde Gewichtung der zwei Drehwinkelpositionen durchgeführt wird, indem zu jedem Zeitpunkt innerhalb des Zeitintervalls die Summe der beiden gewichteten Drehwinkelpositionen dem Wert entspricht, wobei am Beginn des Zeitintervalls die gemessene Drehwinkelposition des Rotors den gewichteten Wert und die erwartete berechnete Drehwinkelposition des Rotors den gewichteten Wert aufweist und am Ende des Zeitintervalls die gemessene Drehwinkelposition des Rotors den gewichteten Wert und die erwartete berechnete Drehwinkelposition des Rotors den gewichteten Wert aufweist. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass durch die Gewichtung mit stetig verlaufenden Funktionen ein stetig verlaufendes Winkelsignal erreicht wird.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Zeitintervall eine Zeitdauer zwischen 0.001-0.1 see. aufweist. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass die lineare Interpolation eine unterschiedliche Steigung aufweist. Die maximale Anregung im Signalverlauf kann so beeinflusst werden und kann über Simulationen und Tests bestimmt werden.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Verfahren beim Hochlaufen des Rotors verwendet wird. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass auf die Verwendung von Injektionssignalen verzichtet werden kann. Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer- Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode, der geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-5.

Auch kann die Aufgabe der Erfindung gelöst sein durch eine Steuereinheit zur Steuerung und Bestromung einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Synchronmaschine, umfassend einen Prozessor und einen Speicher, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1-5 zu veranlassen.

Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs umfassend eine Steuereinheit nach Anspruch 7.

Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein, durch ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine nach Anspruch 8.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.

Es zeigt:

Figur 1 ein Rotorwinkellage-Zeit-Diagramm,

Figur 2 eine Messung zur Überblendung der gemessenen Drehwinkelposition hin zur berechneten Drehwinkelposition des Rotors,

Figur 3 den zeitlichen Ablauf des Hochlaufs ohne Überblenden am gleichen

Testaufbau wie der, der für die Figur 2 verwendet wurde, Figur 4 den zeitlichen Ablauf des Hochlaufs ohne Überblenden am gleichen

Testaufbau wie der, der für Figuren 2- 3 verwendet wurde,

Figur 5 eine elektrische Maschine in einer schematischen Axialschnittdarstellung,

Figur 6 Hybridmodul in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltdarstellung.

Anhand der Figur 1 und der Figur 5 wird zunächst das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine 1 näher erläutert.

Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 und einen gegenüber diesem unter Veränderung einer Drehposition mit einer Rotordrehzahl n drehbaren Rotor 3, was gut aus der Figur 5 entnehmbar ist. Die elektrische Maschine 1 ist für einen Antriebsstrang 21 eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs 22 konfiguriert und besitzt eine Steuereinheit 13 zur Steuerung und Bestromung der elektrischen Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als eine Synchronmaschine ausgebildet. Die Steuereinheit 13 umfasst einen Prozessor 14 und einen Speicher 15, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher 15 und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor 14, die Steuereinheit 13 zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer elektrischen Maschine 1 zu veranlassen, was nachfolgend näher erläutert wird.

Die elektrische Maschine 1 ist in einem ersten Betriebszustand 4 in Abhängigkeit von einer durch einen Drehwinkelsensor 5 gemessenen Drehwinkelposition des Rotors 3 elektrisch gesteuert betrieben und in einem zeitlich darauffolgenden zweiten Betriebszustand 6 abhängig von einer ohne die gemessene Drehwinkelposition des Drehwinkelsensors 5 berechneten Drehwinkelposition des Rotors 3 elektrisch geregelt betrieben ist. Wie man anhand der Figur 1 nun gut nachvollziehen kann, ist zwischen dem ersten Betriebszustand 4 und dem zweiten Betriebszustand 6 ein Zeitintervall 7 definiert, in welchem mittels einer mathematischen Funktion und/oder eines mathematischen Verfahrens die am Beginn des Zeitintervalls 7 gemessene Drehwinkelposition des Rotors 3 und die am Ende des Zeitintervalls 7 erwartete berechnete Drehwinkelposition des Rotors 3 interpoliert werden, so dass im Betrieb der elektrischen Maschine 1 innerhalb des Zeitintervalls 7 eine Überblendung der gemessenen Drehwinkelposition hin zur berechneten Drehwinkelposition des Rotors 3 erfolgt.

Der Drehwinkel, der sich letztendlich dadurch ergibt, ist als hervorgehobene Linie dargestellt. Vor dem Zeitintervall 7, das auch als Überblendungsintervall bezeichnet werden kann, stimmt dieser mit der gesteuerten Drehwinkelposition überein, während er nach dem Zeitintervall 7 mit dem geschätzten Wert der Drehwinkelposition übereinstimmt. Aus der Figur 1 ist ferner ersichtlich, dass die mathematische Funktion, welche die gemessene Drehwinkelposition des Rotors 3 und die am Ende des Zeitintervalls 7 erwartete berechnete Drehwinkelposition des Rotors 3, interpoliert eine lineare Funktion ist.

Die Überblendung zwischen der am Beginn des Zeitintervalls 7 gemessenen Drehwinkelposition des Rotors 3 und der am Ende des Zeitintervalls 7 erwarteten berechneten Drehwinkelposition des Rotors 3 kann beispielsweise durch eine sich ändernde Gewichtung der zwei Drehwinkelpositionen durchgeführt werden, indem zu jedem Zeitpunkt innerhalb des Zeitintervalls 7 die Summe der beiden gewichteten Drehwinkelpositionen dem Wert 1 entspricht, wobei am Beginn des Zeitintervalls 7 die gemessene Drehwinkelposition des Rotors 3 den gewichteten Wert 1 und die erwartete berechnete Drehwinkelposition des Rotors 3 den gewichteten Wert 0 aufweist und am Ende des Zeitintervalls 7 die gemessene Drehwinkelposition des Rotors 3 den gewichteten Wert 0 und die erwartete berechnete Drehwinkelposition des Rotors 3 den gewichteten Wert 1 aufweist.

Das geschilderte Verfahren kann insbesondere beim Hochlaufen des Rotors 3 verwendet werden. In Figur 2 ist eine Messung mit insgesamt fünf untereinander angeordneten Diagrammen zur Überblendung dargestellt. Die X-Achse ist hierbei eine Zeitachse. Der Bereich der Überblendung ist durch zwei vertikale, gestrichelte Linien markiert. Im ersten Diagramm ist der Drehwinkel dargestellt. Man erkennt zunächst den Winkelverlauf 8, der aus dem Drehwinkelsensor 5 resultiert. Dieser ist bei einem geberlosen Betrieb natürlich später nicht mehr vorhanden. In dem Winkelverlauf 9 ist der geschätzte Winkel aus dem entsprechenden Winkel-Schätz-Algorithmus dargestellt. Mit dem Winkelverlauf 10 ist der Winkel aus dem gesteuerten Hochlauf dargestellt, mit diesem Winkel wird zum Zeitpunkt der Überblendung gestartet. Bis zum Ende der Überblendung wird dann dieser Anteil auf Null reduziert und der Anteil des geschätzten Winkels von Null beginnend auf den vollen Wert erhöht. Der zum Zeitpunkt gültige Wert lässt sich beispielsweise durch lineare Interpolation aus dem jeweiligen Start und Endwert ermitteln. Der Winkelverlauf 11 ist der Interpolierte Wert innerhalb des Zeitintervalls 7 gut zu erkennen.

Im zweiten Diagramm sind die Drehzahlen dargestellt. Durch den Wechsel von gesteuert auf geberlos geregelt kann man hier ein leichtes Absinken der Drehzahl beobachtet werden.

Im dritten Diagramm sind die Phasenspannungen dargestellt. Im vierten der fünf Diagramme ist der Sollstrom dargestellt. Da der gesteuerte Hochlauf mit reinem d- Strom durchgeführt wird, ist der q-Strom Null. Aus der Geschwindigkeit lässt sich ein Wunschsollstrom in d-und q-Richtung für die Zeit nach der Überblendung innerhalb des Zeitintervalls 7 bestimmen. Zum Zeitpunkt des Starts der Überblendung wird so das gesteuerte i-q-Strompaar auf den Wert nach der Überblendung durch lineare Interpolation berechnet. Im fünften Diagramm sind die Phasenströme dargestellt.

In Figur 3 ist der zeitliche Ablauf des Hochlaufs ohne Überblenden (es fehlt das Zeitintervall 7) dargestellt am gleichen Testaufbau wie der, der für die Figur 2 verwendet wurde, dargestellt. Zum Zeitpunkt des Umschaltens (vertikale, gestrichelte Linie) bleibt der Motor mehr oder weniger abrupt stehen und schafft es erst nach einer kleinen Verzögerung wieder mit der gewünschten Geschwindigkeit weiterzudrehen.

In Figur 4 ist der zeitliche Ablauf des Hochlaufs ohne Überblenden (es fehlt das Zeitintervall 7) dargestellt am gleichen Testaufbau wie der, der für Figur 2 und Figur 3 verwendet wurde. Deutlich kann man erkennen, dass es zu starken Ausschlägen in den Signalen kommt, jedoch im Vergleich zur Figur 3, der Motor besser weiterläuft. Ohne die Überblendung kann es so zu einem unvorhersagbaren Einfluss kommen. Der Unterschied ist zwischen der System reaktion in Figur 3 und Figur 4 ist der Zeitpunkt, zu dem die Umschaltung stattfindet. Diese Umschaltung kann ohne große Einflüsse auf die Drehzahl stattfinden, so wie es in der Figur 4 gezeigt ist, oder zu einem Stocken des Motors wie in Figur 3 führen. Daher ist das Überblenden, wie es in den Figuren 1-2 gezeigt ist, sehr gut geeignet um einen sicheren Betrieb der elektrischen Maschine 1 zu gewährleisten, da diese dann nicht das unerwünschte Systemverhalten der Figuren 3-4 zeigen kann.

Deutlich lässt sich aus der Zusammenschau der Figur 2 mit den Figuren 3-4 erkennen, wie wirkungsvoll die Überblendung der Signale ist. Es kann hierdurch ein sanfter und vor allem reproduzierbarer Übergang vom gesteuerten Hochlauf in den geberlosen Betrieb gewährleistet werden.

Schließlich zeigt die Figur 6 eine mögliche Verwendung der elektrischen Maschine 1 , wie sie aus der Figur 5 bekannt ist, in einem Hybridmodul 20 für einen Antriebsstrang 21 eines Kraftfahrzeugs 22. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, die elektrische Maschine 1 aus der Figur 5 anderen geeigneten Verwendungen zuzuführen, beispielsweise als Aktuator innerhalb eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs oder als Antriebsmaschine in einem Achsantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Bezuqszeichenliste

1 elektrische Maschine

2 Stator

3 Rotor

4 Betriebszustand

5 Drehwinkelsensor

6 Betriebszustand

7 Zeitintervall

8 Winkelverlauf

9 Winkelverlauf

10 Winkelverlauf

11 Winkelverlauf

13 Steuereinheit

14 Prozessor

15 Speicher

20 Hybridmodul

21 Antriebsstrang

22 Kraftfahrzeug