DE10062985A1

DE10062985A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zum Bestimmen des Kurbelwellenwinkels von einer Brennkraftmaschine sowie Antriebsstrang

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Publication number: DE10062985A1
Application number: DE10062985A
Authority: DE
Inventors: Juergen Weimer; Markus Kramer
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: Weimer Juergen 72119 Ammerbuch De
Priority date: 2000-12-16
Filing date: 2000-12-16
Publication date: 2002-07-11
Also published as: US20020077740A1; FR2818315A1; JP2002213291A; US6778899B2

Abstract

Es wird unter anderem beschrieben ein Verfahren zum Bestimmen des Kurbelwellenwinkels von einer Brennkraftmaschine (11), wobei die Brennkraftmaschine (11) mit einer, insbesondere als Starter-Generator fungierenden elektrischen Maschine (13) gekoppelt ist, indem deren Rotor (14) drehfest mit der Kurbelwelle (12) verbunden ist, wobei die elektrische Maschine (13) eine Steuereinrichtung (22) zum Steuern derselben aufweist und wobei die elektrische Maschine (13) eine Vorrichtung (21) zum Bestimmen der Winkellage des Rotors (14) in bezug auf den Stator aufweist. Um eine einfache, schnelle, zuverlässige und vor allem auch bei geringsten Kurbelwellendrehzahlen mögliche Bestimmung des Kurbelwellenwinkels zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zunächst die aktuelle Winkellage des Rotors (14) von der Vorrichtung (21) zum Bestimmen der Winkellage erfaßt und an die Steuereinrichtung (22) weitergeleitet wird. DOLLAR A Anschließend wird in der Steuereinrichtung (22) auf Grund der erfaßten Winkellage-Werte der entsprechende, aktuelle Kurbelwellenwinkel bestimmt. Der auf diese Weise bestimmte Kurbelwellenwinkel wird von der Steuereinrichtung (22) an die Steuerung (20) der Brennkraftmaschine (11) weitergeleitet. Die erfaßten Winkellage-Werte des Rotors (14) und/oder die daraus bestimmten Kurbelwellenwinkel werden zumindest zeitweilig in einer Speichereinrichtung (24) gespeichert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Kurbelwellenwinkels in einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, eine Steuereinrichtung zum Bestimmen des Kurbelwellenwinkels von einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 7, eine Speichereinrichtung, ein Computerprogrammprodukt sowie einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 11.

Brennkraftmaschinen sind in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Beispielsweise werden Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen eingesetzt, wo sie üblicherweise als Verbrennungsmotor ausgebildet sind. An die Brennkraftmaschine kann beispielsweise eine elektrische Maschine angekoppelt sein. Dabei kann es sich um eine rotierende Maschine handeln, die mit Hilfe eines magnetischen Felds entweder nach dem Motorprinzip elektrische Energie in mechanische Energie oder nach dem Generatorprinzip mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Eine solche elektrische Maschine kann somit als sogenannter Starter-Generator fungieren. Bei einem Starter-Generator handelt es sich beispielsweise um eine permanenterregte Synchronmaschine, die zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und nachfolgenden Komponenten in einem Antriebsstrang angeordnet sein kann. Mit Hilfe des Starter-Generators kann zum einen die Brennkraftmaschine gestartet werden. Weiterhin kann dieser im Fahrbetrieb als Generator arbeiten, also Starter und Generator im Fahrzeug ersetzen. Je nach Betriebszustand der elektrischen Maschine kann somit ein motorisches und/oder ein generatorisches Moment erzeugt werden.

Dabei treten in der elektrischen Maschine Drehfelder auf. Hat der Rotor die gleiche Drehzahl wie das Drehfeld des Stators, bezeichnet man die Maschine als Synchronmaschine. Hat der Rotor eine kleinere oder größere Drehzahl als das Drehfeld des Stators, bezeichnet man die Maschine als Asynchronmaschine.

Derartige elektrische Maschinen verfügen üblicherweise über eine Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors in bezug auf den Stator. Um elektrische Maschinen optimal betreiben zu können, ist es nämlich erforderlich, die jeweilige Winkellage des Rotors zu kennen. Der Grund hierfür liegt unter anderem darin, daß elektrische Maschinen in der Regel einen Stromrichter nötig haben, um aus einer Zwischenkreisspannung eine Drehstromspeisung zu erhalten. Dabei muß zur Erzeugung des optimalen Drehmoments für die elektrische Maschine der Drehstrom so eingeprägt werden, daß sich das maximale Drehmoment ausbilden kann. Hierzu muß der Stromrichter jeweils die genaue Rotorlage kennen. Eine hochgenaue Rotorlageerfassung ist somit Voraussetzung für einen hohen Wirkungsgrad der elektrischen Maschine.

Wenn die Brennkraftmaschine beispielsweise als Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug eingesetzt wird, müssen beim Starten des Verbrennungsmotors dem Motorsteuergerät der Kurbelwellenwinkel und der Nockenwellenwinkel bekannt sein. Diese Werte sind beispielsweise wichtig, um die Zündreihenfolge, den Zündzeitpunkt und dergleichen bestimmen zu können. Bisher werden beim Starten des Verbrennungsmotors zunächst die oberen Totpunkte (OT-Punkte) der Kurbelwellenlage und der Nockenwellenlage in 720° Kurbelwellenumdrehung erfaßt. Dies wird auch als Lernvorgang bezeichnet. Erst nach Abschluß des Lernvorgangs kann der Verbrennungsmotor gezündet werden. Um den Lernvorgang optimal durchführen zu können, muß die Kurbelwelle also zunächst zwei Umdrehungen absolvieren, wobei aus diesen beiden ersten Kurbelwellenumdrehungen die Kurbelwellenlage und die Nockenwellenlage, beziehungsweise die entsprechenden oberen Totpunkte, bestimmt werden.

Weiterhin sind Lösungen bekannt, um entsprechende Kurbelwellensignale und Nockenwellensignale in diskreter Form zu erzeugen. Zu nennen sind hier beispielsweise Abtastverfahren nach dem Zahn-/Lücke-Verfahren, das beispielsweise mittels sogenannten 60-2 Zahnkränzen durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein gängiges und an sich bekanntes Verfahren.

Die bisher bekannten Lösungen weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So sind beispielsweise lange Startzeiten erforderlich, da zunächst zwei komplette Kurbelwellenumdrehungen abgewartet werden müssen. Damit ist jedoch kein sinnvoller Start-Stop-Betrieb der Brennkraftmaschine möglich. Bei einem solchen Start-Stop-Betrieb wird der Verbrennungsmotor bei Stillstand des Fahrzeugs, etwa wenn dieses an einer roten Ampel steht, während des Stillstands kurzzeitig abgeschaltet und bei erneutem Anfahren des Fahrzeugs automatisch wieder gestartet.

Weiterhin können mit den bekannten Lösungen sehr kleine Drehzahlen nicht erfaßt werden. Dies gilt insbesondere bei Verwendung der bekannten Zahn-Lücke- Abstastverfahren. Darüber hinaus können die bekannten Lösungen nur bis zu einer bestimmten unteren Drehzahlgrenze sinnvoll eingesetzt werden. Ein Betrieb bei sehr kleiner Drehzahl des Verbrennungsmotors, etwa im Bereich des Motorstillstands oder gar bei einem tatsächlich vorliegenden Motorstillstand, ist bisher nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die im Hinblick auf den Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermieden werden können. Weiterhin sollen eine verbesserte Steuereinrichtung, eine verbesserte Speichereinrichtung, ein verbessertes Computerprogrammprodukt sowie ein verbesserter Antriebsstrang bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1, die Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 7, die Speichereinrichtung gemäß Patentanspruch 9, das Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 10, den Antriebsstrang gemäß Patentanspruch 11 sowie die vorteilhaften Verwendungen gemäß Patentanspruch 16. Weitere Vorteile, Merkmale, Details und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung.

Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, gelten ebenso für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung sowie den erfindungsgemäßen Antriebsstrang, und jeweils umgekehrt. Analoges gilt für die erfindungsgemäße Speichereinrichtung beziehungsweise das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen des Kurbelwellenwinkels von einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, wobei die Brennkraftmaschine mit einer, insbesondere als Starter-Generator fungierenden, elektrischen Maschine gekoppelt ist, indem deren Rotor drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist, wobei die elektrische Maschine eine Steuereinrichtung zum Steuern derselben aufweist und wobei die elektrische Maschine eine Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors in bezug auf den Stator aufweist. Das Verfahren ist erfindungsgemäß durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Die aktuelle Winkellage des Rotors wird von der Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage erfaßt und an die Steuereinrichtung weitergeleitet;
b) In der Steuereinrichtung wird auf Grund der erfaßten Winkellage-Werte der entsprechende, aktuelle Kurbelwellenwinkel bestimmt;
c) Der auf diese Weise bestimmte Kurbelwellenwinkel wird von der Steuereinrichtung an die Steuerung der Brennkraftmaschine weitergeleitet;
d) Die erfaßten Winkellage-Werte des Rotors und/oder die daraus bestimmten Kurbelwellenwinkel werden zumindest zeitweilig in einer Speichereinrichtung gespeichert.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere ist mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein schneller Start der Brennkraftmaschine möglich.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die mit der Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine üblicherweise bereits über eine hoch auflösende Drehwinkelerfassung verfügt. Die jeweiligen Lagesignale werden durch die Steuereinrichtung der elektrischen Maschine ausgewertet. Da der Rotor der elektrischen Maschine drehfest mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, können über diese Winkellage-Werte des Rotors nunmehr auch die aktuellen Kurbelwellenwinkel bestimmt werden. Ein oberes Totpunktsignale kann beispielsweise durch eine einmalige Signalverformung pro 360° Kurbelwelle generiert werden, so daß der bisher übliche langwierige Einlernprozeß über zwei komplette Kurbelwellenumdrehungen vermieden werden kann. Darüber hinaus besteht sogar die Möglichkeit, auf die bisher üblichen und notwendigen Kurbelwellen- Winkelsignalsensoren zu verzichten.

Dadurch kann auch die für die Brennkraftmaschine erforderliche Teilezahl reduziert werden, was zu einer Kostenersparnis führt. Weiterhin sind die Winkellage-Werte des Rotors sehr genau erfaßbar, so daß das Verfahren auch bei kleinsten Drehzahlen der Brennkraftmaschine noch zuverlässig funktioniert.

Auch ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Start-Stop-Funktion, wie sie im Rahmen der Beschreibungseinleitung bereits erwähnt wurde, möglich.

Die elektrische Maschine kann beispielsweise als sogenannter Starter-Generator ausgebildet sein. Eine solche Ausgestaltung wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs weiter unten näher erläutert. Ebenso kann die elektrische Maschine als elektrischer Antrieb, beispielsweise in einem Hybridantrieb oder als elektrische Maschine mit anderer Funktionalität ausgebildet sein. Wichtig ist lediglich, daß ein Teil der elektrischen Maschine, vorzugsweise deren Rotor, drehfest mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, so daß die gemessenen Winkellage-Werte des Rotors zur Bestimmung des Kurbelwellenwinkels herangezogen werden können.

Erfindungsgemäß werden die erfaßten Winkellage-Werte des Rotors und/oder die daraus bestimmten Kurbelwellenwinkel zumindest zeitweilig in einer Speichereinrichtung gespeichert.

Aus dieser Speichereinrichtung können die entsprechenden Werte von der Steuereinrichtung jederzeit abgerufen werden. Eine solche Speicherung der entsprechenden Werte hat beispielsweise im Zusammenhang mit der weiter oben beschriebenen Start-Stop-Funktion der Brennkraftmaschine erhebliche Vorteile. Speichert man die Signale beispielsweise nach einem Stop der Brennkraftmaschine, so kann man auf die Lernphase beim nächsten Startvorgang verzichten. Ein erstes definiertes Einspritzen und Starten der Brennkraftmaschine ist schon nach weniger als einer Kurbelwellenumdrehung möglich.

Eine Lernphase ist somit nur noch bei der Erstinbetriebnahme oder nach Unterbrechung der Spannungszufuhr für die Speichereinrichtung notwendig. Wenn die Brennkraftmaschine beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt wird, könnte eine solche Unterbrechung der Spannungszufuhr beispielsweise dann auftreten, wenn die Batterie des Fahrzeugs abgeklemmt wird, beispielsweise im Rahmen eines Werkstattbesuchs.

Vorteilhaft kann die Brennkraftmaschine wenigstens eine Nockenwelle aufweisen. In diesem Fall kann in der Steuereinrichtung auf Grund der erfaßten Winkellage-Werte auch der entsprechende, aktuelle Nockenwellenlagewinkel bestimmt und an die Steuerung der Brennkraftmaschine weitergeleitet werden. In weiterer Ausgestaltung können die Nockenwellenlagewinkel zumindest zeitweilig in einer Speichereinrichtung gespeichert werden.

Die Bestimmung des Nockenwellenlagewinkels ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Das Nockenwellensignal ist nämlich lediglich zur Unterscheidung des oberen Totpunkts für den Gaswechsel (GOT) und des oberen Totpunkts für die Zündung (ZOT) notwendig. Diese Totpunktwerte sind bei der Steuerung des Gaswechsels von Interesse. Üblicherweise wird die Nockenwelle von der Kurbelwelle angetrieben. Die Nockenwelle hat dabei die Aufgabe, die für das Ausschieben verbrauchter Gase sowie das Ansaugen von Frischgasen erforderlichen Ventile zu öffnen beziehungsweise zu schließen. Kurz vor dem unteren Totpunkt (UT) öffnet das Auslaßventil und die Brenngase verlassen den Brennraum. Kurz vor dem oberen Totpunkt eines mit der Kurbelwelle verbundenen Kolbens (OT) öffnet das Einlaßventil bei noch geöffnetem Auslaßventil. Zur Unterscheidung zum oberen Totpunkt für die Zündung (ZOT), bei dem die Verbrennung abläuft, nennt man diese Stellung der Kurbelwelle den oberen Totpunkt für den Gaswechsel (GOT).

Wenn der Nockenwellenlagewinkel über die Winkellage-Werte des Rotors der elektrischen Maschine bestimmt wird, kann auf einen bisher erforderlichen separaten Nockenwellensensor, ähnlich wie bei der Kurbelwelle, verzichtet werden. Dabei kann weiterhin von der Erkenntnis ausgegangen werden, daß ein Reset-Start der Brennkraftmaschine in der Regel nur sehr selten vorkommt. Bei Verzicht auf den Nockenwellensensor könnte in einem solchen Fall von der Möglichkeit Gebrauch gemacht werden, unter Einbuße der Start-Performance, das heißt einer kurzen Startzeit, in einer Lernroutine zu erkennen, ob der detektierte obere Totpunkt (OT) ein GOT oder ZOT ist. Dies kann beispielsweise durch Probieren ermittelt werden.

In der Steuereinrichtung können auf Grund der erfaßten Winkellage-Werte somit auch Totpunktsignale für die Kurbelwelle und/oder die Nockenwelle bestimmt werden.

Vorteilhaft kann die Steuereinrichtung mit einer Spannungsquelle verbunden sein, so daß die Steuereinrichtung auch nach Abschalten der Brennkraftmaschine über die Spannungsquelle mit einer Spannung versorgt wird. Dies ist zunächst im Hinblick auf den weiter oben beschriebenen Start-Stop-Vorgang von Vorteil.

In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, daß sich die Spannungszufuhr für die Steuereinrichtung nach einer bestimmten, vorgegebenen Zeit abschaltet. Dies ist im Hinblick auf die Anwendung des Verfahrens bei Kraftfahrzeugen, beispielsweise im Zusammenhang mit dem sogenannten "Airport-Test" von Bedeutung. Bei diesem Test wird der Ruhestromverbrauch in einem Fahrzeug gemessen, wenn dieses über einen längeren Zeitraum nicht bewegt wird. Die Vorgabe beim "Airport-Test" liegt hierbei bei 30 Tagen. Der "Airport-Test" gilt dann als bestanden, wenn das Fahrzeug nach einer 30-tägigen Ruhephase noch anspringt. Um dies zu gewährleisten, müssen die elektrischen Verbraucher so abgeschaltet werden, daß möglichst kein Ruhestromverbrauch auftritt. In diesem Fall könnte es sinnvoll sein, die Spannungszufuhr für die Steuereinrichtung ab einem bestimmten Zeitpunkt abzuschalten. Sofern eine solche Abschaltung erfolgt ist, müßte bei einem erneuten Start zunächst eine Lernphase durchlaufen werden. Dies ist jedoch nicht weiter problematisch, da diese Einlernphase, wie weiter oben bereits dargelegt, durch das erfindungsgemäße Verfahren nunmehr erheblich verkürzt werden kann.

Wenn die Steuereinrichtung immer mit einer Steuerspannung versorgt wird, kann die Elektronik der Steuereinrichtung sowie der Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors immer in Betrieb bleiben. Auch bei abgestellter Brennkraftmaschine wird somit immer eine Bewegung der Kurbelwelle, sei sie auch noch so gering, erkannt. Bei Anwendung des Verfahrens in einem Fahrzeug kann eine solche Situation beispielsweise beim Schleppen, beim Rollen am Berg, bei Werkstattarbeiten und dergleichen auftreten.

Vorteilhaft kann die Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors auf analoger Basis arbeiten. Damit kann die untere, noch zulässige Grenzdrehzahl quasi bis auf null Umdrehungen pro Minute reduziert werden. Geringste Drehwinkeländerungen der elektrischen Maschine und damit auch geringste Kurbelwellenbewegungen können nunmehr erfaßt werden. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Fahrzeug kann eine solche Situation beispielsweise dann auftreten, wenn das Fahrzeug langsam, ohne eingeschaltete Brennkraftmaschine rollt und dann beispielsweise zum Abbremsen eingekuppelt wird.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Steuereinrichtung zum Bestimmen des Kurbelwellenwinkels von einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, wobei die Brennkraftmaschine mit einer, insbesondere als Starter-Generator fungierenden, elektrischen Maschine gekoppelt ist, indem deren Rotor drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung mit einer Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors der elektrischen Maschine in bezug auf den Stator verbunden oder verbindbar ist. Die Steuereinrichtung weist weiterhin eine Prozessoreinheit zum Verarbeiten der von der Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage erzeugten Werte auf. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessoreinheit Programmittel zur Durchführung des wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.

Die Programmittel können zum Beispiel in Form von Computerprogrammen, beziehungsweise Software, vorliegen, durch die die Erfassung der Winkellage des Rotors der elektrischen Maschine und die daraus resultierende Bestimmung des Kurbelwellenwinkels gesteuert wird. Dadurch wird auf einfache Weise die erfindungsgemäße Bestimmung des Kurbelwellenwinkels durchgeführt, deren besondere Vorteile oben bereits ausführlich beschrieben wurden.

Vorzugsweise kann der Steuereinrichtung eine Speichereinheit zum zumindest zeitweiligen Abspeichern der erfaßten Winkellage-Werte des Rotors und/oder der daraus bestimmten Kurbelwellenwinkel und/oder Nockenwellenwinkel zugeordnet sein.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Speichereinrichtung für Programme zur Verfügung gestellt, die Programmittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt. Als Speichereinrichtung können zum Beispiel herkömmliche Speichermedien vorgesehen sein, die jedoch durch die Programmittel, beziehungsweise durch die Software, eine besondere Funktionalität verkörpern, durch die sie sich von den bekannten Speichermedien in der besonderen Weise der vorliegenden Erfindung unterscheiden.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsstrang geschaffen, mit einer Brennkraftmaschine, einer mit der Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine, die einen mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine drehfest verbundenen Rotor, einen Stator, eine Steuereinrichtung zur Steuerung derselben und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors aufweist. Der Antriebsstrang ist erfindungsgemäß durch Mittel zur Durchführung des wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens gekennzeichnet.

Im Antriebsstrang kann somit auf besonders einfache und dennoch zuverlässige Weise auch bei geringsten Kurbelwellendrehzahlen der Kurbelwellendrehwinkel bestimmt werden. Dabei kann die Anzahl der erforderlichen Teile reduziert werden, da auf separate Sensorelemente zur Bestimmung des Kurbelwellenwinkels und/oder des Nockenwellenwinkels nunmehr verzichtet werden kann. Dies führt nicht zuletzt auch zu einer Kostenersparnis.

Der Antriebsstrang kann vorteilhaft eine wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Steuereinrichtung aufweisen. Weiterhin kann der Antriebsstrang auch Programmittel umfassen, wie sie oben kurz beschrieben worden sind.

Die Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors kann auf verschiedenste Arten ausgebildet sein.

Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors als analoges Sensorelement ausgebildet sein.

Besonders vorteilhaft kann die Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors als sogenannter "Resolver" ausgestaltet sein. Resolver sind in der Regel induktive Signalgebersysteme. Sie können beispielsweise auch als Drehmelder mit zweisträngiger Ständerwicklung bezeichnet werden und sind allgemein in die Gruppe der Transformatorgeber einzuordnen. Beispielsweise weisen Resolver eine Rotorwicklung zwei um 90° versetzte Statorwicklungen auf. Die in den Statorwicklungen induzierten Spannungen sind vom Drehwinkel des Rotors abhängig. Der Resolver gibt sofort nach dem Einschalten die entsprechende Winkelposition an.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform für eine Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage ist beispielsweise in der EP 0 554 900 B1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung miteinbezogen wird. Darin wird ein Elektromotor mit induktiv arbeitendem Stellungsdetektor zum Ermitteln der relativen Lage des Rotors des Elektromotors bezüglich dessen Stators beschrieben.

Vorzugsweise kann die elektrische Maschine als Synchronmaschine, insbesondere als permanenterregte Synchronmaschine, ausgebildet sein. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht auf bestimmte Formen elektrischer Maschinen beschränkt. Vielmehr können alle möglichen elektrischen Maschinen eingesetzt werden. Zu nennen sind hier beispielsweise elektrische Maschinen in Innenläufer- oder Außenläuferbauweise, Synchronmaschinen, Asynchronmaschinen, permanenterregte Maschinen und dergleichen.

Vorteilhafterweise kann die elektrische Maschine ein Starter-Generator sein. Hierbei handelt es sich um eine elektrische Maschine, deren Rotor beispielsweise über eine Kurbelwellenlagerung einer Brennkraftmaschine, etwa eines Verbrennungsmotors, gelagert ist. Der Starter-Generator wird nicht nur zum Starten und Stoppen der Brennkraftmaschine verwendet, sondern er kann auch verschiedene weitere Funktionen übernehmen, wie beispielsweise Bremsfunktionen, Boosterfunktionen, Batteriemanagement, aktive Schwingungsdämpfung, Synchronisierung der Brennkraftmaschine und dergleichen. Ein solcher Starter-Generator kann vorteilhaft als Außenläufer- oder Innenläufer-Synchronmaschine ausgebildet und beispielsweise über einen Statorträger als Trägerelement mit der Brennkraftmaschine, beispielsweise dem Motorblock des Verbrennungsmotors, verbunden sein.

Wenn die elektrische Maschine als Starter-Generator und die Brennkraftmaschine als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, wird die elektrische Maschine vorteilhaft mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden. Hierzu sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. Zunächst kann die elektrische Maschine getriebeseitig angeordnet werden, also zwischen Kurbelgehäuse und Schwungscheibe. Ebenso ist es möglich, die elektrische Maschine an der der Abtriebsseite gegenüber liegenden Seite anzuordnen, also zwischen Kurbelgehäuse und Riementrieb. Vorteilhaft wird die elektrische Maschine jedoch zwischen Kurbelgehäuse und Schwungscheibe befestigt. Dabei wird der Rotor der elektrischen Maschine vorzugsweise an der Schwungscheibe angeordnet, insbesondere dann, wenn die elektrische Maschine in Außenläuferbauweise ausgebildet ist.

Besonders vorteilhaft kann ein wie vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren und/oder eine wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Steuereinrichtung und/oder ein wie vorstehend beschriebenes Computerprogrammprodukt und/oder ein wie vorstehend beschriebener erfindungsgemäßer Antriebsstrang in einem oder für ein Fahrzeug verwendet werden.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Fig. 1 in schematischer und nicht maßstabsgetreuer Ansicht einen Antriebsstrang in einem Fahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der Fig. 1 ist ein Antriebsstrang 10 für ein Fahrzeug dargestellt. Der Antriebsstrang 10 weist eine als Verbrennungsmotor ausgebildete Brennkraftmaschine 11 auf. Der Verbrennungsmotor 11 ist abtriebsseitig über eine Kurbelwelle 12 mit einer als Starter-Generator ausgebildeten elektrischen Maschine 13 gekoppelt. Dabei ist die Kurbelwelle 12 drehfest mit dem Rotor 14 der elektrischen Maschine 13 verbunden.

Die elektrische Maschine 13 ist abtriebsseitig wiederum mit einer Einrichtung zur Übertragung des Drehmoments, hier einer Kupplung 15, verbunden. Die Kupplung 15 ist abtriebsseitig mit einer Abtriebswelle 16 einer Antriebseinheit 17 verbunden. Die Antriebseinheit 17 ist im vorliegenden Fall ein automatisiertes Schaltgetriebe, die Abtriebswelle 16 eine Getriebeeingangswelle. Das im Antriebsstrang 10 erzeugte Drehmoment wird auf eine Achse 18 und von dort auf die Fahrzeugräder 19 übertragen.

Um die elektrische Maschine 13 steuern zu können, ist eine Steuereinrichtung 22 vorgesehen. Die Brennkraftmaschine 11 wird über eine weitere, eigene Steuereinrichtung 20 gesteuert.

In der Steuereinrichtung 22 der elektrischen Maschine 13 werden verschiedenste Daten in bezug auf die elektrische Maschine 13 eingelesen und verarbeitet. Unter anderem werden in der Steuereinrichtung 22 Daten zur Bestimmung der jeweiligen, aktuellen Winkellage des Rotors 14 eingelesen und verarbeitet. Dazu ist die Steuereinrichtung 22 mit einer Vorrichtung 21 zur Erfassung des Drehwinkels des Rotors 14 verbunden. Diese Vorrichtung 21, die beispielsweise als Resolver ausgebildet sein kann, ist der elektrischen Maschine 13 zugeordnet. Über die Vorrichtung 21 wird der jeweils aktuelle Drehwinkel des Rotors 14 erfaßt und an die Steuereinrichtung 22 weitergeleitet.

Mit der Steuereinrichtung 22 ist eine Speichereinrichtung 24 verbunden, in der verschiedenste Werte, Daten und Informationen zumindest zeitweilig abgelegt werden können. Die Steuereinrichtung 22 ist weiterhin mit der Steuereinrichtung 20 der Brennkraftmaschine 11 verbunden, so daß Informationen ausgetauscht werden können.

Die Steuereinrichtung 22 ist schließlich noch mit einer Spannungsquelle 23 verbunden, so daß die Steuereinrichtung 22 auch nach Abschalten der Brennkraftmaschine 11 über die Spannungsquelle 23 mit einer Spannung versorgt wird.

Um eine einfache, schnelle, zuverlässige und vor allem auch bei geringsten Kurbelwellendrehzahlen mögliche Bestimmung des Kurbelwellenwinkels zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zunächst die aktuelle Winkellage des Rotors 14 von der Vorrichtung 21 zum Bestimmen der Winkellage erfaßt und an die Steuereinrichtung 22 der elektrischen Maschine 13 weitergeleitet wird. Anschließend wird in der Steuereinrichtung 22 auf Grund der erfaßten Winkellage- Werte der entsprechende, aktuelle Kurbelwellenwinkel bestimmt. Dies ist möglich, da die Kurbelwelle 12 drehfest mit dem Rotor 14 verbunden ist. Die Bestimmung des Kurbelwellenwinkels kann über geeignete Programmittel erfolgen. Der auf diese Weise bestimmte Kurbelwellenwinkel wird von der Steuereinrichtung 22 an die Steuerung 20 der Brennkraftmaschine 11 weitergeleitet. Die erfaßten Winkellage- Werte des Rotors 14 und/oder die daraus bestimmten Kurbelwellenwinkel werden zumindest zeitweilig in der Speichereinrichtung 24 gespeichert.

Da die Steuereinrichtung 22 über die Spannungsquelle 23 immer mit einer Steuerspannung versorgt wird, kann die Elektronik der Steuereinrichtung 22 sowie der Vorrichtung 21 zum Bestimmen der Winkellage des Rotors 14 immer in Betrieb bleiben. Auch bei abgestellter Brennkraftmaschine 11 wird somit immer eine Bewegung der Kurbelwelle 12, sei sie auch noch so gering, erkannt.

Durch die vorliegende Erfindung kann auf einfache und dennoch zuverlässige Weise eine Bestimmung des Kurbelwellenwinkels und/oder des Nockenwellenlagewinkels von einer Brennkraftmaschine auch bei geringsten Drehzahlen realisiert werden. Dabei ist zudem kein oder allenfalls nur ein geringer Aufwand erforderlich, um das Verfahren durchführen zu können. Hierdurch können insbesondere auch Kosten eingespart werden.

Bezugszeichenliste

10

Antriebsstrang für ein Fahrzeug

11

Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor)

12

Kurbelwelle

13

elektrische Maschine (Starter-Generator)

14

Rotor

15

Kupplung

16

Abtriebswelle

17

Antriebseinheit (Getriebe)

18

Achse

19

Rad

20

Steuereinrichtung (für die Brennkraftmaschine)

21

Vorrichtung zur Erfassung des Drehwinkels des Rotors

22

Steuereinrichtung (für die elektrische Maschine)

23

Spannungsquelle

24

Speichereinrichtung

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen des Kurbelwellenwinkels von einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine mit einer, insbesondere als Starter-Generator fungierenden elektrischen Maschine gekoppelt ist, indem deren Rotor drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist, wobei die elektrische Maschine eine Steuereinrichtung zum Steuern derselben aufweist und wobei die elektrische Maschine eine Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors in bezug auf den Stator aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine wenigstens eine Nockenwelle aufweist und daß in der Steuereinrichtung auf Grund der erfaßten Winkellage-Werte des Rotors der entsprechende, aktuelle Nockenwellenlagewinkel bestimmt und an die Steuerung der Brennkraftmaschine weitergeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten Nockenwellenlagewinkel zumindest zeitweilig in einer Speichereinrichtung gespeichert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuereinrichtung auf Grund der erfaßten Winkellage-Werte Totpunktsignale für die Kurbelwelle und/oder die Nockenwelle bestimmt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung mit einer Spannungsquelle verbunden ist und daß die Steuereinrichtung auch nach Abschaltung der Brennkraftmaschine über die Spannungsquelle mit einer Spannung versorgt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Rotors auf analoger Basis arbeitet.

7. Steuereinrichtung zum Bestimmen des Kurbelwellenwinkels von einer Brennkraftmaschine (11), wobei die Brennkraftmaschine (11) mit einer, insbesondere als Starter-Generator fungierenden, elektrischen Maschine (13) gekoppelt ist, indem deren Rotor (14) drehfest mit der Kurbelwelle (12) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (22) mit einer Vorrichtung (21) zum Bestimmen der Winkellage des Rotors (14) der elektrischen Maschine (13) in bezug auf den Stator verbunden oder verbindbar ist, mit einer Prozessoreinheit zum Verarbeiten der von der Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage erzeugten Werte, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessoreinheit Programmittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereinrichtung (22) eine Speichereinrichtung (24) zum zumindest zeitweiligen Abspeichern der erfaßten Winkellage-Werte des Rotors (14) und/oder der daraus bestimmten Kurbelwellenwinkel und/oder Nockenwellenwinkel zugeordnet ist.

9. Speichereinrichtung für Programme, gekennzeichnet durch Programmittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

10. Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

11. Antriebsstrang, mit einer Brennkraftmaschine (11), einer mit der Brennkraftmaschine (11) gekoppelten elektrischen Maschine (13), die einen mit der Kurbelwelle (12) der Brennkraftmaschine (11) drehfest verbundenen Rotor (14), einen Stator, eine Steuereinrichtung (22) zur Steuerung derselben und eine Vorrichtung (21) zum Bestimmen der Winkellage des Rotors (14) aufweist, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

12. Antriebsstrang nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (22) gemäß Anspruch 7 oder 8 ausgebildet ist.

13. Antriebsstrang nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (21) zum Bestimmen der Winkellage des Rotors (14) als analoges Sensorelement ausgebildet ist.

14. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (13) als Synchronmaschine, insbesondere als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet ist.

15. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (13) ein Starter-Generator ist.

16. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Steuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8 und/oder einer Speichereinrichtung nach Anspruch 9 und/oder eines Computerprogrammprodukts nach Anspruch 10 und/oder eines Antriebsstrangs nach einem der Ansprüche 11 bis 15 in einem oder für ein Fahrzeug.