DE102005012052A1

DE102005012052A1 - Generator characteristics determining model for motor vehicle, has generator characterized by equivalent circuit diagram, where characteristics are determined based on parameters of diagram having leakage and primary inductances

Info

Publication number: DE102005012052A1
Application number: DE200510012052
Authority: DE
Inventors: Stefan Bartusch; Stefan Pfaller
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-10-05

Abstract

The model has a generator that is characterized by an equivalent circuit diagram, where the generator characteristics are determined based on parameters of the diagram. The diagram has a coil resistance for characterizing resistance of a fixed coil, leakage and primary inductances and a resistance for characterizing iron losses. A voltage supply produces a revolving field voltage induced by an energizing current of a rotor of a stator. An independent claim is also included for a method for determining characteristics of a generator in a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Generatormodell sowie ein Verfahren zum Ermitteln von Kenngrößen eines Generators in einem Kraftfahrzeug.The The invention relates to a generator model and a method for determining of characteristics of a generator in a motor vehicle.

Zur Energieversorgung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs, werden in bekannter Weise eine Fahrzeugbatterie sowie ein Generator eingesetzt. Diesbezüglich ist es bekannt, dass die Belastbarkeit der Fahrzeugbatterie durch bekannte Batteriemodelle abgeschätzt werden kann. Indem die Leistungsfähigkeit der Batterie und des Generators ermittelt wird, kann entschieden werden, ob im Rahmen eines Energiemanagements bestimmte Verbraucher zuschaltbar sind oder belastungsreduzierende Maßnahmen ergriffen werden müssen, um einen sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleisten zu können. Darüber hinaus ist es in entsprechender Weise erforderlich, auch ein Generatormodell dahingehend zu entwickeln, das die entsprechenden Daten des Generators für das Energiemanagement im Fahrzeug bereitgestellt und als Grundlage herangezogen werden können. Die aktuell zur Verfügung stehende Energie (= Generatorstrom) und die maximal abgebbare Energie (= maximaler Generatorstrom) bilden die Grundlage für die Berechnungen innerhalb des Energiemanagements. Darüber hinaus ist das vom Generator aufgenommene Drehmoment von Interesse für die Motorsteuerung. Da jedoch weder der Generatorstrom noch das Drehmoment gemessen werden können, ist ein Generatormodell erforderlich, mit dem diese Größen bestimmt werden können.to Energy supply of a motor vehicle, in particular the electrical system of the motor vehicle, in a known manner, a vehicle battery as well as a generator used. In this regard, it is known that the load capacity of the vehicle battery by known battery models estimated can be. By the efficiency of the battery and the Generators can be determined, whether in the context of a Energy management certain consumers are switchable or stress-reducing activities need to be taken to ensure safe operation of the motor vehicle. Furthermore it is required in a similar manner, even a generator model to develop the corresponding data of the generator for the Energy management provided in the vehicle and used as a basis can be. The currently available standing energy (= generator current) and the maximum deliverable energy (= maximum generator current) form the basis for the calculations within of energy management. About that In addition, the torque absorbed by the generator is of interest for the Motor control. However, since neither the generator current nor the torque can be measured A generator model is needed to determine these quantities can be.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 00 733 A1 ist ein Generatormodell zur Bestimmung von Generatortemperatur, Generatorstrom und Generatordrehmoment bekannt. Das bekannte Generatormodell basiert darauf, dass eine Mehrzahl von Warm- und Kaltkennlinien jeweils für unterschiedliche Generatorspannungen abgespeichert sind, aus denen unter Berücksichtigung einer aktuellen Generatortemperatur und einer maximalen Generatortemperatur durch eine lineare Interpolation zwischen den Kennlinien der aktuelle Generatorstrom ermittelt werden kann. Die Kennlinienfelder werden für verschiedene Spannungen und Temperaturen gemessen und anschließend als Parameter in der Software hinterlegt.From the German patent application DE 102 00 733 A1 For example, a generator model for determining generator temperature, generator current, and generator torque is known. The known generator model is based on the fact that a plurality of hot and cold curves are stored in each case for different generator voltages, from which, taking into account a current generator temperature and a maximum generator temperature by a linear interpolation between the characteristics of the current generator current can be determined. The characteristic curves are measured for different voltages and temperatures and then stored as parameters in the software.

Ein weiteres bekanntes Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der in einem Bordnetz verfügbaren elektrischen Leistung ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 50 378 A1 beschrieben. Zur genauen Bestimmung der verfügbaren elektrischen Leistung wird dort sowohl ein Batteriemodell als auch ein Generatormodell verwendet. Aus diesen beiden Modellen wird eine Batteriereserveleistung und eine Generatorreserveleistung ermittelt. Die im Bordnetz zur Verfügung stehende Leistung wird schließlich aus der Batterie- und der Generatorreserveleistung ermittelt. Bei dem Generatormodell handelt es sich um ein Programm, in dem Generatorkennlinien hinterlegt sind, die den Verlauf der Generatorspannung bzw. der Generatorleistung in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern wiedergeben. Auch hier werden lediglich Kennlinien hinterlegt und zwischen den einzelnen Kennlinien interpoliert, um den jeweiligen Betriebspunkt möglichst genau ermitteln zu können. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Generatormodelle ist darin begründet, dass die Messung der hinterlegten Kennlinien sehr aufwändig ist. Des Weiteren ist eine derartige Hinterlegung von Kennlinienfeldern modellspezifisch und erfordert für die Implementierung eines neuen Generators in einem Kraftfahrzeug einen sehr hohen Aufwand und ist daher sehr kostenintensiv, da unter anderem neue Kennlinienfelder ermittelt werden müssen. Ein weiterer großer Nachteil der bekannten Modelle ist darin zu sehen, dass die Anzahl der Parameter sehr groß ist, wodurch eine quasi vollständige Parametrierung praktisch nicht im vollen Umfang möglich ist. Dies bedeutet, dass ein neuer, noch nicht bekannter Generator, einen neuen Softwarestand bedingt. Darüber hinaus ist die Genauigkeit, mit der das Betriebsverhalten des Generators beschrieben werden kann, nicht im gesamten Betriebsbereich konstant. Durch die Interpolation zwischen den hinterlegten Messwerten gibt es Bereiche, in denen die Abweichung in der Praxis größer als 20 betragen kann.Another known method and apparatus for determining the available electric power in an electrical system is in the German patent application DE 101 50 378 A1 described. To accurately determine the available electrical power, both a battery model and a generator model are used there. From these two models, a battery backup power and a generator reserve power is determined. The available power in the electrical system is finally determined from the battery and the generator reserve power. The generator model is a program in which generator characteristic curves are stored which reflect the course of the generator voltage or the generator power as a function of specific operating parameters. Again, only characteristics are stored and interpolated between the individual characteristics in order to determine the respective operating point as accurately as possible. An essential disadvantage of the known generator models is that the measurement of the stored characteristic curves is very complicated. Furthermore, such a deposit of characteristic fields is model-specific and requires a very high outlay for the implementation of a new generator in a motor vehicle and is therefore very cost-intensive, since, among other things, new characteristics fields must be determined. Another major disadvantage of the known models is the fact that the number of parameters is very large, whereby a virtually complete parameterization is practically not possible to the full extent. This means that a new, not yet known generator requires a new software release. In addition, the accuracy with which the performance of the generator can be described is not constant throughout the operating range. Due to the interpolation between the stored measured values, there are areas in which the deviation in practice can be greater than 20.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Generatormodell sowie ein Verfahren zum Ermitteln von Kenngrößen eines Generators zu schaffen, mit dem eine kostengünstige und aufwandsarme Parametrierung möglich ist. Des Weiteren soll ein Generatormodell und ein entsprechendes Verfahren geschaffen werden, mit dem die Kenngrößen des Generators genauer ermittelt werden können. Des Weiteren soll ein Generatormodell zur Verfügung ge stellt werden, mit dem auch unterschiedliche Generatoren schnell und zuverlässig parametriert werden können.Therefore It is an object of the invention, a generator model and a method for determining characteristics of a Generators with which a cost-effective and low-cost parameterization possible is. Furthermore, a generator model and a corresponding Procedures are created, with the characteristics of the generator more accurate can be determined. Furthermore, a generator model is to be made available, with the Also different generators can be parametrized quickly and reliably can.

Diese Aufgabe wird durch ein Generatormodell, welches die Merkmale nach Patentanspruch 1, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch 10 aufweist, gelöst.These Task is by a generator model, which the characteristics after Claim 1, and a method which the features according to claim 10, solved.

Ein erfindungsgemäßes Generatormodell ist zur Ermittlung von Kenngrößen eines Generators in einem Kraftfahrzeug ausgebildet. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass der Generator in dem Generatormodell durch ein Ersatzschaltbild charakterisiert ist und die Generatorkenngrößen in Abhängigkeit von Parametern des Ersatzschaltbilds ermittelbar sind. Dadurch kann ermöglicht werden, dass ein Generatormodell bereitgestellt wird, welches aufwandsarm und kostengünstig eine Parametrierung des Generators ermöglicht. Darüber hinaus kann durch das Bereitstellen eines Ersatzschaltbilds als Basis für die Kenngrößenbestimmung des Generators die Parameteranzahl deutlich reduziert werden. Des Weiteren ermöglicht das erfindungsgemäße Generatormodell eine einfache und schnelle Parametrierung verschiedenster Generatoren. Indem bei dem erfindungsgemäßen Generatormodell keine Interpolation zwischen hinterlegten Kennlinien zur Ermittlung des jeweiligen Betriebspunkt des Generators durchgeführt werden muss, sondern eine entsprechende Ermittlung der Kenngrößen in Abhängigkeit der Parameter des Ersatzschaltbilds durchgeführt wird, kann die Genauigkeit der ermittelten Generatorkenngrößen verbessert werden.One Inventive generator model is to determine characteristics of a Generator formed in a motor vehicle. An essential The idea of the invention is that the generator in the generator model is characterized by an equivalent circuit diagram and the generator parameters in dependence of parameters of the equivalent circuit diagram can be determined. This can allows be that a generator model is provided, which requires little effort and cost-effective allows parameterization of the generator. In addition, by providing an equivalent circuit diagram as a basis for determining characteristic values of the generator, the number of parameters are significantly reduced. Of Further possible the generator model according to the invention a simple and fast parameterization of different generators. By doing in the generator model according to the invention no interpolation between stored characteristics for determination the respective operating point of the generator are performed but a corresponding determination of the parameters in dependence the parameter of the equivalent circuit is performed, the accuracy the calculated generator characteristics improved become.

Bei einer bevorzugten Ausführung des Generatormodells weist das zugrunde gelegte Ersatzschaltbild einen Wicklungswiderstand zur Charakterisierung des Widerstands einer Statorwicklung auf. Des Weiteren umfasst das Ersatzschaltbild eine Streuinduktivität und eine Hauptinduktivität. Darüber hinaus umfasst das Ersatzschaltbild einen Widerstand zur Charakterisierung von Eisenverlusten und eine Spannungsquelle, welche ein Polradspannung erzeugt, die durch einen Erregerstrom eines sich drehenden Rotors des Stators induziert wird. Das Ersatzschaltbild des Generators umfasst eine relativ geringe Anzahl an Elementen, wodurch die Anzahl der Parameter des Ersatzschaltbilds relativ gering ist. Dennoch kann das Generatorverhalten genau dargestellt werden.at a preferred embodiment of the generator model, the underlying equivalent circuit diagram has a Winding resistance for characterizing the resistance of a Stator winding on. Furthermore, the equivalent circuit includes a leakage inductance and a major inductance. About that In addition, the equivalent circuit includes a resistor for characterization of iron losses and a voltage source, which is a Polradspannung generated by a field current of a rotating rotor of the stator is induced. The equivalent circuit of the generator includes a relatively small number of elements, reducing the number the parameter of the equivalent circuit diagram is relatively small. Yet the generator behavior can be shown exactly.

Die Elemente des Ersatzschaltbilds können derart angeordnet sein, dass der Wicklungswiderstand und die Streuinduktivität in Reihe geschaltet sind. Die Hauptinduktivität kann in Reihe zur Spannungsquelle geschaltet sein, wobei die Hauptinduktivität und die Spannungsquelle parallel zum Widerstand zur Charakterisierung von Eisenverlusten geschaltet ist. Des Weiteren sind der Wicklungswiderstand und die Streuinduktivität in Reihe zu der Parallelschaltung aus Hauptinduktivität, Spannungsquelle und Widerstand zur Charakterisierung der Eisenverluste geschaltet. Das Ersatzschaltbild weist somit ein relativ einfaches Schaltbild auf.The Elements of the equivalent circuit diagram can be arranged such that the winding resistance and the leakage inductance in series are switched. The main inductance can be connected in series with the voltage source be, with the main inductance and the voltage source parallel to the resistor for characterization of iron losses is switched. Furthermore, the winding resistance and the leakage inductance in series with the parallel connection of main inductance, voltage source and resistance to characterize the iron losses switched. The equivalent circuit diagram thus has a relatively simple circuit diagram on.

In bevorzugter Weise ist die Anzahl der Parameter des Ersatzschaltbilds kleiner gleich 15. Insbesondere ist die Anzahl der Parameter kleiner gleich 11. Das Ersatzschaltbild weist diesbezüglich eine relativ geringe Anzahl an Parametern auf, wodurch der Rechenaufwand zur Bestimmung der Generatorkenngrößen in Abhängigkeit der Parameter deutlich reduziert wird und dennoch eine genauere Bestimmung der Generatorkenngrößen ermöglicht werden kann.In Preferably, the number of parameters of the equivalent circuit diagram less than or equal to 15. In particular, the number of parameters is smaller 11. The equivalent circuit diagram has a relatively small in this regard Number of parameters on, whereby the computational effort for the determination the generator parameters in dependence the parameter is significantly reduced and yet a more accurate Determining the generator characteristics are possible can.

Als Parameter des Ersatzschaltbilds können in bevorzugter Weise vorgesehen sein, ein Wicklungswiderstand der Statorwicklung bei einer festen Temperatur, insbesondere bei 20°C, und/oder ein Wicklungswiderstand einer Erregerwicklung eines Rotors bei einer festen Temperatur, insbesondere bei 20°C, und/oder ein Widerstand einer Diodenbrücke, und/oder eine Polpaarzahl, und/oder eine Diodenspannung, insbesondere eine Diodenspannung in Flussrichtung von in Reihe geschalteten Dioden, und/oder der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung, und/oder zumindest ein, insbesondere fünf, Faktor/en für die Berechnung der Eisenverluste, und/oder Reibungsverluste des Generators, insbesondere Luft- und/oder Lagerreibungsverluste, und/oder zumindest eine Kennlinie einer Polradspannung in Abhängigkeit eines Erregerstroms und/oder zumindest eine Kennlinie einer Synchroninduktivität in Abhängigkeit des Erregerstroms. Die Synchroninduktivität ist dabei aus der Streuinduktivität und der Hauptinduktivität gebildet. Des Weiteren kann als weiterer Parameter des Ersatzschaltbilds ein Initialisierungswert eines Generatorstroms berücksichtigt werden. Die genannten Parameter des Ersatzschaltbilds liefern eine sehr exakte und dennoch ausreichende Basis einer Parametrierung des Generators.When Parameters of the equivalent circuit can be provided in a preferred manner be a winding resistance of the stator winding at a fixed Temperature, in particular at 20 ° C, and / or a winding resistance of a field winding of a rotor at a fixed temperature, in particular at 20 ° C, and / or a resistance of a Diode bridge, and / or a pole pair number, and / or a diode voltage, in particular a Diode voltage in the direction of flow of series connected diodes, and / or the phase angle between current and voltage, and / or at least one, especially five, Factor (s) for the calculation of iron losses, and / or friction losses of the Generator, in particular air and / or bearing friction losses, and / or at least one characteristic of a Polradspannung in dependence an excitation current and / or at least one characteristic of a synchronous inductance in dependence of the excitation current. The synchronous inductance is from the leakage inductance and the magnetizing inductance educated. Furthermore, as a further parameter of the equivalent circuit diagram takes into account an initialization value of a generator current become. The mentioned parameters of the equivalent circuit diagram provide a very exact and nevertheless sufficient basis of a parameterization of the generator.

In vorteilhafter Weise sind die Parameter des Ersatzschaltbilds in einer Recheneinheit abgelegt und die Recheneinheit ist derart ausgelegt, dass zum Bestimmen der Kenngrößen des Generators an die Recheneinheit betriebszustandsspezifische Größen des Kraftfahrzeugs übertragbar sind und von der Recheneinheit zum Bestimmen der Kenngrößen des Generators herangezogen werden. Als betriebszustandsspezifische Größen können die aktuelle Motordrehzahl und/oder die Leerlaufdrehzahl des Motors und/oder ein Tastverhältnis der Erregerspannung und/oder der Erregerstrom und/oder die Generatorspannung und/oder motorspezifische Daten gegeben sein. Die Ausgangskenngrößen bzw. die Generatorkenngrößen des Generatormodells können das Generatordrehmoment und/oder die mechanische Leistung des Generators und/oder der Wirkungsgrad des Generators und/oder der Generatorstrom und/oder der Generator-Reserve-Strom und/oder ein Generatorleerlaufstrom sein. Die ermittelten Kenngrößen des Generators durch das Generatormodell können als Informationsdaten an ein Energiemanagementsystem zum Ermitteln einer aktuellen Energieverteilung der verfügbaren Generatorenergie im Kraftfahrzeug übertragbar sein. Die durch das Generatormodell ermittelten Kenngrößen des Generators bilden diesbezüglich Überwachungsgrößen und weisen somit quasi eine „Monitorfunktion" des Generators auf und bilden eine Grundlage für das Energiemanagement des Kraftfahrzeugs.Advantageously, the parameters of the equivalent circuit are stored in a computing unit and the arithmetic unit is designed such that operating state-specific variables of the motor vehicle can be transmitted to determine the characteristics of the generator to the arithmetic unit and used by the arithmetic unit to determine the characteristics of the generator. As operating state-specific variables, the current engine speed and / or the idle speed of the motor and / or a duty cycle of the excitation voltage and / or the excitation current and / or the generator voltage and / or engine-specific data may be given. The output parameters or the generator parameters of the generator model may be the generator torque and / or the mechanical power of the generator and / or the efficiency of the generator and / or the generator current and / or the generator reserve current and / or a generator idling current. The determined characteristics of the generator by the generator model can be used as information data to an energy management system for determining a current energy distribution of the be available in the motor vehicle transferable generator energy. The parameters of the generator determined by the generator model form monitoring variables in this regard and thus have a quasi "monitor function" of the generator and form a basis for the energy management of the motor vehicle.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Ermitteln von Kenngrößen eines Generators in einem Kraftfahrzeug ausgelegt, bei dem ein Ersatzschaltbild eines Generators erzeugt und zugrunde gelegt wird und die Generatorkenngrößen in Abhängigkeit von Parametern des Ersatzschaltbilds bestimmt werden.One inventive method is for determining characteristics of a Generators designed in a motor vehicle, in which an equivalent circuit diagram a generator is generated and used as the basis and the generator characteristics in dependence be determined by parameters of the equivalent circuit diagram.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Generatormodells und deren Merkmale können soweit sie auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragbar sind auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angesehen werden.advantageous Embodiments of the generator model and their features can so far they can be transferred to the process according to the invention are also advantageous embodiments of the method according to the invention be considered.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer schematischer Zeichnungen und Diagramme näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be described below with reference to several schematic drawings and diagrams explained in more detail. It demonstrate:

1 ein dem erfindungsgemäßen Generatormodell zugrunde gelegtes Ersatzschaltbild des Generators; 1 an equivalent circuit diagram of the generator on which the generator model according to the invention is based;

2 ein Zeigerdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebsverhaltens des Generators; 2 a phasor diagram illustrating the performance of the generator;

3 eine Schaltungsanordnung zum Umrechnen eines berechneten Wechselstroms in einen an das Kraftfahrzeug abzugebenden Gleichstrom; 3 a circuit arrangement for converting a calculated alternating current into a direct current to be delivered to the motor vehicle;

4 die Abhängigkeit der Diodenspannung U_{_Diode} in Abhängigkeit des Laststroms I_{_Last}; 4 the dependence of the diode voltage U _{_Diode} as a function of the load current I _{_Last} ;

5 eine Verlustleistung P_V in Abhängigkeit vom Quadrat einer Klemmenspannung U; 5 a power loss P _V as a function of the square of a terminal voltage U;

6 eine Darstellung der Verlustleistung P_V in Abhängigkeit der Generatordrehzahl n_Gen; 6 a representation of the power loss P _V as a function of the generator speed n_Gen;

7 eine Darstellung der Verlustleistung P_V in Abhängigkeit des Quadrats einer normierten Polradspannung U_{_normiert}; 7 a representation of the power loss P _V as a function of the square of a normalized _{Polradspannung} U _{_normiert} ;

8 eine normierte Polradspannung U_P/n in Abhängigkeit eines Erregerstroms I_err; 8th a normalized Polradspannung U _P / n in response to an excitation current I_err;

9 ein Induktivitätsverhältnis der Induktivität einer d-Achse zu einer Induktivität einer q-Achse in Abhängigkeit eines Stromverhältnisses eines Stroms der d-Achse zum Strom der q-Achse des Läufers der Generators; 9 an inductance ratio of the d-axis inductance to a q-axis inductance depending on a current ratio of a d-axis current to the q-axis current of the rotor of the generator;

10 den Generatorstrom I_gen in Abhängigkeit vom Erregerstrom über der Drehzahl des Generators n_gen; 10 the generator current I _gen in response to the excitation current on the speed of the generator n _conditions ;

11 ein Generatordrehmoment M_gen in Abhängigkeit vom Erregerstrom über dem Drehmoment des Generators n_gen; 11 a generator torque M _gen as a function of the exciter current over the torque of the generator n _gene ;

12 den Generatorstrom I_Gen in Abhängigkeit des Erregerstroms I_Err bei einer ersten Drehzahl und einer ersten Spannung des Generators; 12 the generator current I _gene in response to the excitation current I _Err at a first speed and a first voltage of the generator;

13 das Drehmoment M des Generators in Abhängigkeit vom Erregerstrom I_Err bei der ersten Drehzahl und der ersten Spannung des Generators; 13 the torque M of the generator in response to the excitation current I _Err at the first speed and the first voltage of the generator;

14 eine Darstellung gemäß 12 bei der ersten Drehzahl und einer zweiten Spannung des Generators; 14 a representation according to 12 at the first speed and a second voltage of the generator;

15 eine Darstellung gemäß 13 bei der ersten Drehzahl und der zweiten Spannung des Generators; 15 a representation according to 13 at the first speed and the second voltage of the generator;

16 eine Darstellung gemäß 12 bei einer zweiten Drehzahl und der ersten Spannung des Generators; 16 a representation according to 12 at a second speed and the first voltage of the generator;

17 eine Darstellung gemäß 13 bei der zweiten Drehzahl und der ersten Spannung des Generators; 17 a representation according to 13 at the second speed and the first voltage of the generator;

18 eine Darstellung gemäß 12 bei der zweiten Drehzahl und der zweiten Spannung des Generators: 18 a representation according to 12 at the second speed and the second voltage of the generator:

19 eine Darstellung gemäß 13 bei der zweiten Drehzahl und der zweiten Spannung des Generators; 19 a representation according to 13 at the second speed and the second voltage of the generator;

20 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Generatormodells; und 20 a schematic representation of the generator model according to the invention; and

21 ein schematisches Ablaufdiagramm zum erfindungsgemäßen Ermitteln der Generatorkenngrößen. 21 a schematic flow diagram for determining the generator characteristics according to the invention.

Gemäß der Erfindung wird dem Generatormodell ein Ersatzschaltbild des Generators des Kraftfahrzeugs zugrunde gelegt. Ein derartiges Ersatzschaltbild ist in 1 gezeigt. Erfindungsgemäß weist das Ersatzschaltbild als Elemente einen Wicklungswiderstand R₁ einer Statorwicklung auf. Darüber hinaus weist das Ersatzschaltbild eine in Reihe zu dem Wicklungswiderstand R₁ geschaltete Streuinduktivität L_σ1 mit einem Blindwiderstand X_σ1 auf. Die Streuinduktivität L_σ1 und der Wicklungswiderstand R₁ sind in Reihe zu einer Parallelschaltung geschaltet, wobei die Parallelschaltung aus der Hauptinduktivität L_H, welche einen Blindwiderstand X_H aufweist, der Spannungsquelle, welche eine Polradspannung U _P erzeugt, die durch einen Erregerstrom eines sich drehenden Rotors des Stators induziert wird, und dem Widerstand R_Fe zur Charakterisierung der Eisenverluste ausgebildet ist. Es sei angemerkt, dass für die Berechnung der entsprechenden Kenngrößen im Generatormodell nur der Summenwert beider Induktivitäten L_σ1 und L_H verwendet wird und als Synchroninduktivität L_S bezeichnet ist.According to the invention, the generator model is based on an equivalent circuit diagram of the generator of the motor vehicle. Such an equivalent circuit diagram is in 1 shown. According to the invention, the equivalent circuit has as elements a winding resistance R _{1 of} a stator winding. In addition, the equivalent circuit diagram has a leakage inductance L _σ1 connected in series with the winding resistance R ₁ , with a reactance X _σ1 . The leakage inductance L _σ1 and the winding resistance R ₁ are connected in series to a parallel circuit, wherein the parallel circuit of the main inductance L _H , which has a reactance X _H , the voltage source which generates a Polradspannung U _P , by a exciting current of a rotating Rotor of the stator is induced, and the resistor R _{Fe is designed} to characterize the iron losses. It should be noted that only the sum value of both inductances L _σ1 and L _{H is} used for the calculation of the corresponding parameters in the generator model and is referred to as a synchronous inductance L _S.

Im Hinblick auf die für die Berechnung des Generatormodells aus dem Ersatzschaltbild des Generators heranzuziehenden Parametern ist auf das Betriebsverhalten des Generators näher einzugehen. Ein Klauenpolgenerator, wie er im Automobilbereich eingesetzt wird, ist eine dreiphasige, fremderregte Synchronmaschine. Das in 1 gezeigte Ersatzschaltbild muss das Verhalten des Generators in jedem Betriebspunkt möglichst genau beschreiben. Die Parameter des Ersatzschaltbilds sind somit die wesentliche Grundlage für das erfindungsgemäße physikalische Generatormodell.With regard to the parameters to be used for the calculation of the generator model from the equivalent circuit diagram of the generator, the operating behavior of the generator must be discussed in more detail. A claw-pole generator, as used in the automotive sector, is a three-phase, externally excited synchronous machine. This in 1 The equivalent circuit diagram shown must describe the behavior of the generator as accurately as possible at each operating point. The parameters of the equivalent circuit diagram are thus the essential basis for the physical generator model according to the invention.

Das Betriebsverhalten wird nachfolgend durch das Zeigerdiagramm gemäß 2 näher beschrieben. Dieses in 2 gezeigte Zeigerdiagramm gilt jedoch nur für einen sogenannten Vollpolläufer, bei dem die Ständerdrehdurchflutung im Gegensatz zum Schenkelpolläufer ein von ihrer Position zum Läufer unabhängiges elektromagnetisches Feld erzeugen kann. Wie im Nachfolgenden noch näher erläutert wird, konnte bei der Vermessung des Generators im Rahmen der Parameterbestimmung des Ersatzschaltbilds des Generators festgestellt werden, dass der Generatorläufer, trotz seiner offensichtlichen Polteilung, im magnetischen Verhalten quasi zu 100% einem Vollpolläufer entspricht. Gemäß der Zeigerdiagrammdarstellung in 2 wird die Polradspannung mit der Amplitude U_P = |U_P| durch einen bestimmten Erregerstrom I_Err induziert. Bei einem unbelasteten Generator (I₁ = 0) liegt die Polradspannung U_P auf der Achse der Klemmenspannung U₁. Dies bedeutet, dass ein Polradwinkel ν gleich 0 ist. Steigt die Belastung im Generator an, so wird der Polradwinkel ν größer und der Vektor der Polradspannung U_P beschreibt eine Halbkreisbahn, wie sie in 2 angedeutet ist. Gleichzeitig sinkt die Klemmenspannung U₁. Wird des Weiteren vorausgesetzt bzw. angenommen, dass der Erregerstrom I_Err und die Klemmenspannung U₁ bei einem beliebigen Belastungswert konstant ist, ist in diesem Fall auch der Betrag der Polradspannung U_P = |U_P| = f(I_Err) bekannt. Der im Zeigerdiagramm eingezeichnete Winkel β ist nur von dem Verhältnis des induktiven Widerstands X_S (Summe aus Blindwiderstand X_σ1 und X_H) zu dem Wicklungswiderstand R₁ abhängig, wobei diese beiden Größen Konstanten sind. Für die Berechnung des Polradwinkels ν sind somit ausreichend bekannte Größen vorhanden. Dieser Polradwinkel ν dient wiederum direkt dazu, einen Strangstrom I₁ berechnen zu können.The operating behavior is described below by the vector diagram according to 2 described in more detail. This in 2 However, the pointer diagram shown applies only to a so-called Vollpolläufer in which the Ständerdrehdurchflutung unlike the Schenkelpolläufer can produce an independent of their position to the rotor electromagnetic field. As will be explained in more detail below, could be found in the measurement of the generator in the parameter determination of the equivalent circuit of the generator, that the generator rotor, despite its obvious pole pitch, in the magnetic behavior corresponds to quasi 100% a Vollpolläufer. According to the vector diagram in FIG 2 is the Polradspannung with the amplitude U _P = | U _P | induced by a specific excitation current I _Err . In the case of an unloaded generator (I ₁ = 0), the pole wheel voltage U _P lies on the axis of the terminal voltage U ₁ . This means that a rotor angle ν is equal to 0. If the load in the generator increases, the rotor angle ν becomes larger and the vector of the pole wheel voltage U _P describes a semicircular path, as shown in FIG 2 is indicated. At the same time, the terminal voltage U ₁ drops. Furthermore, assuming or assuming that the excitation current I _Err and the terminal voltage U ₁ is constant at an arbitrary load value, in this case the amount of the pole wheel voltage U _P = | U _P | = f (I _Err ) known. The angle β drawn in the phasor diagram depends only on the ratio of the inductive resistance X _S (sum of reactance X _σ1 and X _H ) to the winding resistance R ₁ , these two variables being constants. For the calculation of the Polradwinkels ν thus sufficiently known sizes are available. This rotor angle ν in turn serves directly to be able to calculate a phase current I ₁ .

Im Hinblick auf das Ersatzschaltbild gemäß 1 für das erfindungsgemäße Generatormodell und das Zeigerdiagramm gemäß 2 ist zu beachten, dass an das Kraftfahrzeug Gleichstrom abgegeben werden muss und da durch der berechnete Wechselstrom, welcher dem Strangstrom I₁ entspricht, auf einen Gleichstromwert I_Gen umgerechnet werden muss. In entsprechender Weise ist es erforderlich, die gleichstromseitige Generatorspannung U_Gen in die wechselstromseitige Klemmenspannung, welche der Strangspannung U₁ entspricht, umzurechnen. Diesbezügliche Zusammenhänge sind in der Darstellung gemäß 3 gezeigt. Die Brückenschaltung gemäß 3 weist drei in einer Dreieckschaltung angeordnete Induktivitäten auf. Des Weiteren umfasst die Brückenschaltung sechs Dioden. Ein erster Knoten der Dreieckschaltung ist mit einem ersten elektrischen Verbindungspfad zwischen zwei Dioden verbunden. Ein zweiter Schaltungsknoten der Dreieckschaltung ist mit einem elektrischen Verbindungspfad zwischen einer dritten und einer vierten Diode elektrisch verbunden. Darüber hinaus ist ein dritter Schaltungsknoten der Dreieckschaltung mit einem elektrischen Verbindungspfad einer fünften und einer sechsten Diode der Brückenschaltung elektrisch verbunden. Zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungsknoten tritt die Strangspannung U_Strang auf. Des Weiteren fließt über die Induktivität, welcher zwischen den ersten und den dritten Schaltungsknoten der Dreieckschaltung geschaltet ist, ein Strangstrom I_Strang. Des Weiteren fließt ein Leiterstrom I_Leiter zwischen dem dritten Schaltungsknoten und der elektrischen Verbindung zu der fünften und sechsten Diode. Die Generatorspannung U_Gen kann an der Diodenbrücke abgegriffen werden. Nachfolgend sind die für die Berechnung der Klemmenspannung bzw. der Strangspannung U₁ sowie des Gleichstromwerts des Generators I_Gen zugrunde gelegten Formeln mit ihren Abhängigkeiten dargestellt.With regard to the equivalent circuit diagram according to 1 for the generator model according to the invention and the vector diagram according to 2 It should be noted that direct current must be supplied to the motor vehicle and that it must be converted to a direct current value I _Gen by the calculated alternating current, which corresponds to the phase current I ₁ . In a corresponding manner, it is necessary to convert the DC-side generator voltage U _Gen into the AC-side terminal voltage, which corresponds to the phase voltage U ₁ . Associated relationships are shown in the illustration 3 shown. The bridge circuit according to 3 has three inductors arranged in a delta connection. Furthermore, the bridge circuit comprises six diodes. A first node of the delta connection is a first electrical connection path between two diodes connected. A second circuit node of the delta connection is electrically connected to an electrical connection path between a third and a fourth diode. In addition, a third circuit node of the delta connection is electrically connected to an electrical connection path of a fifth and a sixth diode of the bridge circuit. Between the first and the second circuit node occurs the _strand voltage U _strand . Furthermore, via the inductance, which is connected between the first and the third circuit node of the delta connection, flows a strand current I _strand . Further, a conductor current I _{conductor flows} between the third circuit node and the electrical connection to the fifth and sixth diodes. The generator voltage U _Gen can be tapped at the diode bridge. The formulas underlying the calculation of the terminal voltage or the line voltage U ₁ and of the DC value of the generator I _Gen are shown below with their dependencies.

In der Formel 1 für die Klemmenspannung U₁ fließt neben der Generatorspannung U_Gen und dem Generatorstrom I_Gen auch eine Diodenspannung in Flussrichtung U_D sowie ein Widerstand R_D der Diodenbrücke ein.In Formula 1 for the terminal voltage U ₁ flows in addition to the generator voltage U _Gen and the generator current I _gene and a diode voltage in the flow direction U _D and a resistor R _{D of} the diode bridge.

Ausgehend von dem in 1 für das erfindungsgemäße Generatormodell zugrunde gelegte Ersatzschaltbild und den gemäß 2 und 3 ausgeführten Erläuterungen werden nachfolgend die für die Berechnung der Gene ratorkenngrößen zu berücksichtigenden Parameter des Ersatzschaltbilds dargestellt und deren Bestimmung näher erläutert.Starting from the in 1 for the generator model according to the invention based equivalent circuit diagram and according to 2 and 3 Explanations explained below are the parameters of the equivalent circuit diagram to be taken into account for the calculation of the genes ratorkenngrößen and their determination explained in more detail.

Die Parameter sind gegeben durch:The Parameters are given by:

R_{1_20°C} R _{1_20 ° C}: Wicklungswiderstand Statorwicklung bei 20°Cwinding resistance Stator winding at 20 ° C
R_{2_20°C} R _{2_20 ° C}: Wicklungswiderstand Erregerwicklung (Rotor) bei 20°Cwinding resistance Excitation winding (rotor) at 20 ° C
R_{D_20°C} R _{D_20 ° C}: Widerstand der Diodenbrücke bei 20°CResistance of the diode bridge at 20 ° C
PPZPPZ: Polpaarzahlnumber of pole pairs
U_D U _D: Diodenspannung in FlussrichtungDiode voltage in flow direction
ΦΦ: Phasenwinkel zwischen Strom und SpannungPhase angle between Current and voltage
K₁ K₂ K₃ K₄ K₅ K ₁ K ₂ K ₃ K ₄ K ₅: Faktoren für die Berechnung der EisenverlusteFactors for the calculation the iron losses
P_Reib = f(n)P _friction = f (n): Kennlinie der ReibungsverlusteCharacteristic of the friction losses
U_{P_n} = f(I_Err)U _{P_n} = f (I _Err ): Kennlinie der normierten PolradspannungCharacteristic of the normalized Internal voltage
L_S = f(I_Err) L _S = f (I _Err ): Kennlinie der SynchroninduktivitätCharacteristic of the synchronous inductance
I_{Gen_Init} I _{Gen_Init}: Initialisierungwert Generatorstrom für ersten Rechendurchlaufinitialization value Generator current for first round of calculations

Der Wicklungswiderstand R_{1_20°C} wird als Wert bei dieser Temperatur hinterlegt und in der Berechnung auf den aktuellen Temperaturwert umgerechnet. In entsprechender Weise wird dies für den Wicklungswiderstand R_{2_20°C} der Erregerwicklung sowie für den Widerstand R_{D_20°C} der Diodenbrücke durchgeführt. Die im Ersatzschaltbild gemäß 1 durch den Widerstand R_Fe quasi symbolisch dargestellten Eisenverluste stellen eine vereinfachte Darstellung dar und sind in der Praxis jedoch nicht exakt genug berechenbar, da die Eisenverluste frequenz- und spannungsabhängig sind. In der Berechnung werden diese Eisenverluste durch eine in der nachfolgenden Beschreibung erläuterte Formel mit fünf Faktoren K₁ bis K₅ dargestellt bzw. berücksichtigt. Die Reibungsverluste P_Reib werden als Kennlinie in Abhängigkeit der Generatordrehzahl n_Gen als Parameter des Ersatzschaltbilds hinterlegt. Des Weiteren umfassen die Parameterwerte des Ersatzschaltbilds eine Kennlinie einer normierten Polradspannung U_{P_n}, welche in Abhängigkeit des Erregerstroms I_Err hinterlegt ist. Die Polradspannung U_P wird durch den Erregerstrom I_Err des sich drehenden Rotors im Stator induziert und ist vom Laststrom I_Last unabhängig. Die Polradspannung U_P wird für die Berechnung quasi normiert, indem die Polradspannung U_P durch die jeweilige Generatordrehzahl n_Gen geteilt wird (U_{P_n} = U_P/n_Gen). Durch diese Normierung ist die Polradspannung U_P ebenso unabhängig von der Drehzahl n_Gen des Generators und hängt somit nur noch vom Erregerstrom I_Err ab. Des Weiteren wird als Parameter eine Kennlinie der Synchroninduktivität L_S bereitgestellt, welche in Abhängigkeit von dem Erregerstrom I_Err ermittelt ist.The winding _resistance R _{1_20 ° C} is stored as a value at this temperature and converted in the calculation to the current temperature value. In a corresponding manner, this is for the winding resistance R _{2_20 ° C} of the exciter winding and to the resistance R _{D_20 ° C} performed the diode bridge. The in the equivalent circuit diagram according to 1 Iron losses quasi symbolically represented by the resistance R _Fe are a simplified representation and in practice, however, can not be calculated accurately enough, since the iron losses are frequency-dependent and voltage-dependent. In the calculation, these iron losses are represented or considered by a formula explained in the following description with five factors K ₁ to K ₅ . The friction losses P _friction are stored as a characteristic as a function of the generator speed n _Gen as a parameter of the equivalent circuit diagram. Furthermore, the parameter values of the equivalent circuit diagram include a characteristic of a normalized pole wheel voltage U _{P_n} , which is stored as a function of the exciter current I _Err . The Polradspannung U _P is induced by the excitation current I _{Err of} the rotating rotor in the stator and is independent of the load current I _load . The pole wheel voltage U _P is virtually normalized for the calculation by dividing the pole wheel voltage U _P by the respective generator speed n _Gen (U _{P_n} = U _P / n _Gen ). As a result of this normalization, the pole wheel voltage U _{P is} likewise independent of the speed n _{Gen of} the generator and thus depends only on the exciter current I _Err . Furthermore, a characteristic curve of the synchronous inductance L _{S is} provided as the parameter, which is determined as a function of the excitation current I _Err .

Wie gemäß der obigen Auflistung zu erkennen ist, werden im Ausführungsbeispiel elf Parameter des Ersatzschaltbilds bereitgestellt, um in Abhängigkeit davon die Generatorkenngrößen des Generatormodells für einen Generator im Kraftfahrzeug berechnen zu können.As can be seen according to the above list, eleven parameters of the equivalent circuit diagram are provided in the exemplary embodiment in order to determine the generator parameters of the generator model for To calculate a generator in the vehicle.

Nachfolgend wird auf die Bestimmung der oben erwähnten Ersatzschaltbildparameter näher eingegangen und diese erläutert. Zunächst wird diesbezüglich auf die Bestimmung der Wicklungswiderstände der Statorwicklung R_{1_20°C} der Statorwicklung und dem Wicklungswiderstand R_{2_20°C} der Erregerwicklung näher eingegangen. Die dreiphasige Statorwicklung ist in der Regel als Dreieckschaltung ausgeführt. Die Widerstandsmessung erfolgt mit einer Widerstandsmessbrücke jeweils zwischen zwei Phasen. Für das einphasige Ersatzschaltbild wird der Mittelwert der drei Stränge verwendet. Der Messwert wird auf 20°C normiert. Die Abhängigkeit des Wicklungswiderstands des Stators R₁ sowie des auf 20°C normierten Werts des Wicklungswiderstands des Stators R_{1_20°C} ist in den nachfolgenden Formeln dargestellt.In the following, the determination of the above-mentioned equivalent circuit diagram parameters will be discussed in more detail and explained. First of all, the determination of the winding _{resistances of} the stator winding R _{1_20 ° C. of} the stator winding and the winding _resistance R _{2_20 ° C. of} the field winding will be discussed in more detail. The three-phase stator winding is usually designed as a delta connection. The resistance measurement is carried out with a resistance measuring bridge in each case between two phases. For the single-phase equivalent circuit, the average of the three strings is used. The measured value is normalized to 20 ° C. The dependence of the winding resistance of the stator R ₁ and the normalized to 20 ° C value of the winding _{resistance of} the stator R _{1_20 ° C} is shown in the following formulas.

Diesbezüglich gibt der Widerstand R_U-V einen Widerstandswert zwischen einer ersten und einer zweiten Phase, der Widerstand R_U-V einen Widerstandswert zwischen der ersten und einer dritten Phase und der Widerstand R_V-W einen Widerstandswert zwischen der zweiten und der dritten Phase an. Der gemäß Formel 5 gemessene bzw. ermittelte Wicklungswiderstand R₁ wird bei einer bestimmten Temperatur gemessen und fließt als Wert R_{1_Temp} in die Formel 6 zur Normierung des Wicklungswiderstands auf 20°C ein.In this regard, the resistance R _UV indicates a resistance value between a first and a second phase, the resistance R _UV a resistance value between the first and a third phase, and the resistance R _VW a resistance value between the second and the third phase. The measured or determined according to formula 5 winding resistance R ₁ is measured at a certain temperature and flows as a value R _{1_Temp} in the formula 6 for normalizing the winding _resistance to 20 ° C.

Der Wicklungswiderstand R₂ der Erregerwicklung wird bei einer bestimmten Temperatur mit der Widerstandsbrücke gemessen und fließt als Wert R_{2_Temp} in die nachfolgend dargestellte Formel 7 zur Normierung des Wicklungswiderstands R_{2_20°C} der Erregerwicklung auf 20°C ein.The winding resistance R _{2 of} the field winding is measured at a certain temperature with the resistance _bridge and flows as value R _{2_Temp} in the following formula 7 for normalizing the winding _resistance R _{2_20 ° C of} the field winding to 20 ° C.

Die Temperaturwerte, bei denen die Wicklungswiderstände R_{1_Temp} und R_{2_Temp} gemessen werden, fließen als dimensionslose Werte „Temp" in die Formeln 6 und 7 ein.The temperature values at which the winding _resistances R _{1_Temp} and R _{2_Temp are} measured flow into the formulas 6 and 7 as dimensionless values "Temp".

Der Widerstand der Diodenbrücke R_D wird nachfolgend kurz erläutert. Wie sich diesbezüglich bei den Messungen zu den Parameterbestimmungen des Generators bzw. des Ersatzschaltbilds gezeigt hat, wird ein Spannungsabfall über einer Gleichrichterbrücke nicht nur von den Dioden in 3 bestimmt. Der Widerstand der Verbindungswege, welche der Diodenbrücke entsprechen, ist diesbezüglich nicht vernachlässigbar. Eine Messung zur Bestimmung dieses Widerstands der Diodenbrücke ist in 4 gezeigt. Dort ist die Widerstandsbestimmung dargestellt, welche über eine Strom-Spannungs-Messung bei kleinen Strömen ermittelt wird. Dies wird derart durchgeführt, dass der Generator bei konstanter Drehzahl und konstanter Erregung läuft. Der Laststrom I_Last wird von Null beginnend langsam erhöht. Es wird in jedem Lastpunkt die Wechselspannung vor der Diodenbrücke und die Gleichspannung nach der Diodenbrücke gemessen. Die Wechselspannung wird mit einem Faktor 1,35 multipliziert und ergibt eine theoretische Gleichspannung. Die Kurve 1 in 4 zeigt die Differenz zwischen diesem theoretischen und dem gemessenen Gleichspannungswert. Die im Wesentlichen konstante Steigung dieser Kennlinie 1 ergibt im Schnittpunkt mit der vertikalen Achse des Diagramms, auf dem die Diodenspannung U_D aufgetragen ist, einen Wert von etwa 1,5 V, wenn die Steigungsgerade bis zu der Spannungsachse hin verlängert wird. Der weitere Anstieg dieser Kennlinie wird bei diesen kleinen Stromwerten nur durch den Widerstand der Diodenbrücke verursacht. Dies ermöglicht eine relativ einfache Berechnung des Diodenwiderstands R_D.The resistance of the diode bridge R _D will be briefly explained below. As has been shown in this regard in the measurements for the parameter determinations of the generator or the equivalent circuit diagram, a voltage drop across a rectifier bridge is not only from the diodes in 3 certainly. The resistance of the connection paths corresponding to the diode bridge is not negligible in this respect. A measurement for determining this resistance of the diode bridge is in 4 shown. There, the resistance determination is shown, which is determined by a current-voltage measurement at low currents. This is done so that the generator is running at constant speed and constant excitation. The load current I _load is slowly increased starting from zero. In each load point, the AC voltage in front of the diode bridge and the DC voltage after the diode bridge are measured. The AC voltage is multiplied by a factor of 1.35 and gives a theoretical DC voltage. The curve 1 in 4 shows the difference between this theoretical and the measured DC voltage value. The substantially constant slope of this characteristic 1 gives a value of about 1.5 V at the intersection with the vertical axis of the diagram on which the diode voltage U _{D is} plotted, when the slope straight line is extended up to the voltage axis. The further increase of this characteristic is caused only by the resistance of the diode bridge at these small current values. This allows a relatively simple calculation of the diode resistance R _D.

Der bei einer entsprechenden Temperatur ermittelte Widerstandswert der Diodenbrücke R_{D_Temp} fließt in die Formel 9 zur Normierung des Widerstands der Diodenbrücke R_{D_Temp} ein.The resistance value of the diode bridge R _{D_Temp} determined at a corresponding temperature flows into the formula 9 for normalizing the resistance of the diode bridge R _{D_Temp} .

Wie oben bereits erwähnt, fließt als weiterer Parameter des Ersatzschaltbilds der Phasenwinkel Φ zwischen Strom und Spannung in die Berechnung der Generatorkenngrößen mit ein. Diesbezüglich sei angemerkt, dass ein idealer Gleichrichter einen reinen Gleichstrom abgibt und der dreiphasigen Wicklung somit keine Blindleistung „entzieht". Der Strom und die Spannung haben so mit die gleiche Phasenlage, wodurch der Phasenwinkel Φ zwischen Strom und Spannung Null ist. Da jedoch die Gleichrichterbrücke gemäß 3 mit sechs Dioden keinen idealen Gleichstrom abgibt, sondern auch noch Wechselstromanteile enthalten sind, trifft eine derartige Vereinfachung im vorliegenden Fall nicht zu. Bei den Messungen der Wechselstromgröße in einigen Lastpunkten zeigt sich ein typischer Bereich für den Phasenwinkel Φ. Diesbezüglich variiert der Phasenwinkel Φ lastabhängig zwischen 6° und 10°, wobei die Lastabhängigkeit durch den lastabhängigen Wechselanteil im Gleichstrom begründet ist. Für die weitere Berechnung bzw. für die Grundlage des Phasenwinkels Φ kann im Hinblick auf den oben erwähnten Bereich des Phasenwinkels ein Mittelwert von 8° als konstanter Parameter für den Phasenwinkel Φ herangezogen werden. Ein derartiger konstanter Wert für den Phasenwinkel Φ erweist sich für die weitere Berechnung als günstig, da unter anderem keine nennenswerten Rechenfehler dadurch auftreten.As already mentioned above, the phase angle .phi. Between current and voltage flows into the calculation of the generator parameters as a further parameter of the equivalent circuit diagram. In this regard, it should be noted that an ideal rectifier delivers a pure DC current and thus does not "draw" reactive power from the three-phase winding, so that the current and voltage have the same phase relationship, whereby the phase angle Φ between current and voltage is zero according to 3 with six diodes does not give ideal DC, but also AC components are included, applies Such simplification is not possible in the present case. The measurements of the AC size in some load points show a typical range for the phase angle Φ. In this regard, the phase angle Φ varies depending on the load between 6 ° and 10 °, wherein the load dependence is due to the load-dependent alternating component in the DC current. For the further calculation or for the basis of the phase angle Φ, with respect to the above-mentioned range of the phase angle, an average value of 8 ° can be used as a constant parameter for the phase angle Φ. Such a constant value for the phase angle Φ proves to be favorable for the further calculation since, inter alia, no noteworthy arithmetic errors thereby occur.

Im Nachfolgenden wird die Bestimmung der Reibungsverluste P_Reib und die Faktoren K₁ bis K₅ für die Eisenverluste näher erläutert. Diesbezüglich kann derart vorgegangen werden, dass die Reibungsverluste und die Eisenverluste mit einer Messung ermittelt werden. Dazu wird für eine sinnvolle Anzahl von Drehzahlen jeweils eine nachfolgend erläuterte Messung durchgeführt. Bei konstanter Drehzahl n_Gen und unbelastetem Generator (entspricht dem Leerlauf des Generators) wird der Erregerstrom I_Err von Null beginnend langsam erhöht. Diesbezüglich wird jeweils die Klemmenspannung U₁, der Erregerstrom I_Err und die aufgenommene mechanische Leistung, welche dem Drehmomentwert entspricht, gemessen. Wie in 5 dargestellt, wird für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Drehzahlen die Leistung P_V über dem Quadrat der Spannung U₁ aufgetragen. Wie aus dem Diagramm zu erkennen ist, sind dreizehn verschiedene Kurven eingetragen, wobei diesen Kurven dreizehn verschiedene Drehzahlen zugrunde liegen, welche zwischen 1000 und 15000 U/min variieren. Die Schnittpunkte der dreizehn verschiedenen Drehzahlkurven mit der Vertikalachse, auf der die Leistung P_V aufgetragen ist, markiert für die jeweilige Drehzahl einen konstanten Reibungsverlust, welcher eine Luftreibung und eine Lagerreibung des Generators bzw. des Läufers des Generators charakterisiert. Diese Schnittpunkte können nachfolgend in eine separate Graphik, welche in 6 gezeigt ist, übertragen werden und ergeben den Verlauf der Reibungsverluste P_V in Abhängigkeit der Generatordrehzahl n_Gen. Es sei angemerkt, dass die in 5 gezeigten Kurven bzw. die Anzahl der darin dargestellten Kurven lediglich beispielhaft ist.In the following, the determination of the friction losses P _friction and the factors K ₁ to K ₅ for the iron losses will be explained in more detail. In this regard, it is possible to proceed in such a way that the friction losses and the iron losses are determined by means of a measurement. For this purpose, in each case a measurement explained below is carried out for a reasonable number of rotational speeds. At constant speed n _gene and unloaded generator (corresponds to the idling of the generator), the excitation current I _{Err is} increased starting from zero slowly. In this regard, in each case the terminal voltage U ₁ , the excitation current I _Err and the recorded mechanical power, which corresponds to the torque value, are measured. As in 5 is shown, the power P _{V is} plotted against the square of the voltage U ₁ for a plurality of different speeds. As can be seen from the diagram, thirteen different curves are plotted, these curves being based on thirteen different speeds which vary between 1000 and 15000 rpm. The intersections of the thirteen different speed curves with the vertical axis, on which the power P _{V is} plotted, marked for the respective speed a constant friction loss, which characterizes an air friction and a bearing friction of the generator or the rotor of the generator. These intersections can be described below in a separate graph, which in 6 is shown, and give the course of the friction losses P _V as a function of the generator speed n _gene . It should be noted that in 5 shown curves or the number of curves shown therein is merely exemplary.

In entsprechender Weise ist die Auswahl der den Kurven zugrunde liegenden Drehzahlen beispielhaft und kann in vielfältiger Weise ergänzt werden.In Similarly, the selection of the underlying curves is Speeds exemplary and can be supplemented in many ways.

Wie aus der Darstellung in 6 zu erkennen ist, steigen die Reibungsverluste mit steigender Generatordrehzahl n_Gen relativ stark an. Der in 6 gezeigte Kurvenverlauf wird als Parameter P_Reib = f(n) des Ersatzschalbilds hinterlegt. Anzumerken ist, dass eine vorausschauende Beurteilung, in welchem Betriebspunkt des Generators welche Eisenverluste auftreten, nicht (immer) exakt möglich ist. Dies ist darin begründet, dass die Eisenverluste frequenzund spannungsabhängig sind. Da das gesamte in 6 dargestellte Kennlinienfeld der Eisenverluste eine große Datenmenge aufweist, ist das vollständige Abspeichern dieses Kennlinienfelds als Parameter des Ersatzschaltbilds relativ speicherintensiv. Um eine derartige speicherintensive Hinterlegung dieses Kennlinienfelds der Eisenverluste vermeiden zu können, kann vorgesehen sein, dass die Berechnung der Eisenverluste durch eine nachfolgend aufgelistete Formel näherungsweise erfolgen kann.As from the illustration in 6 can be seen, the friction losses increase with increasing generator speed n _gene relatively strong. The in 6 The curve shown is stored as parameter P _friction = f (n) of the substitute form. It should be noted that a foresighted assessment, in which operating point of the generator which iron losses occur, is not (always) exactly possible. This is because iron losses are frequency and voltage dependent. Since the whole in 6 If the characteristic field of the iron losses shown has a large amount of data, the complete storage of this characteristic field as a parameter of the equivalent circuit diagram is relatively memory-intensive. In order to be able to avoid such a memory-intensive deposit of this characteristic field of the iron losses, it can be provided that the calculation of the iron losses can be made approximately by a formula listed below.

Wie aus der Formel 10 für die Eisenverluste P_Fe zu erkennen ist, fließen hier die Faktoren K₁ bis K₅, welche als Parameter des Ersatzschaltbilds angegeben wurden, mit ein. Der Faktor K₁ bezeichnet dabei einen gemessenen Eisenverlust P_{Fe_Messwert} und der Faktor K₂ eine gemessene Frequenz. Des Weiteren bezeichnet der Faktor K₄ die normierte Polradspannung U_{P_n} im Quadrat. Die weiteren Faktoren K₃ und K₅ bezeichnen Exponenten in der Formel 10, wobei der Faktor K₃ in bevorzugter Weise den Wert 1,5 aufweist und der Faktor K₅ in bevorzugter Weise den Wert 2 aufweist.As can be seen from the formula 10 for the iron losses P _Fe , the factors K ₁ to K ₅ , which were specified as parameters of the equivalent circuit, are included here. The factor K ₁ denotes a measured iron _loss P _{Fe_Messwert} and the factor K ₂ a measured frequency. Furthermore, the factor K ₄ denotes the normalized pole wheel voltage U _{P_n} in the square. The further factors K ₃ and K ₅ designate exponents in the formula 10, wherein the factor K ₃ preferably has the value 1.5 and the factor K ₅ preferably has the value 2.

Wie aus der Formel 10 zu erkennen ist und in 7 dargestellt, muss für eine derartige nährungsweise Bestimmung der Eisenverluste die Abhängigkeit der Eisenverluste P_Fe von dem Quadrat der normierten Polradspannung U_{P_n} dargestellt werden. Diesbezüglich wird als normierte Polradspannung die im Leerlauf gemessene Klemmenspannung U₁, welche der Polradspan nung U₁ entspricht, welche durch die jeweilige Drehzahl des Generators n_Gen (in U/sec) geteilt wird und dann quadriert wird, verstanden.As can be seen from the formula 10 and in 7 For such an approximate determination of the iron losses, the dependence of the iron losses P _Fe on the square of the normalized pole wheel voltage U _{P_n must be} shown. In this regard, as normalized Polradspannung the id ge -measured terminal voltage U _1, U Polradspan voltage of ₁ corresponds to, which is divided by the respective speed of the generator _Gen n (in U / sec) and is then squared, understood.

Gemäß der Darstellung in 7 sind wiederum dreizehn verschiedene Kurven dargestellt, welche jeweils für eine bestimmte Drehzahl von 1000 bis 15000 U/sec dargestellt sind. Diese Faktoren K₁ bis K₅ werden für eine bestimmte Drehzahl und innerhalb dieser Drehzahl für einen bestimmten Messwert ausgewählt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 7 wurde eine derartige Auswahl für die Drehzahl 4.000 U/sec getroffen. Die Berechnung der Formel 10 für die anderen Drehzahlen, welche im Ausführungsbeispiel gemäß 7 beispielhaft durch die Kurven CALC_1000, CALC_1500, CALC_4000 und CALC_10000 durchgeführt wurde, zeigt dann inwieweit eine ausreichend gute Auswahl der Parameter bei der „Messdrehzahl" durchgeführt wurde. Diesbezüglich sei angemerkt, dass somit durch eine geeignete und geschickte Auswahl der Messpunkte eine gute Genauigkeit bei der Berechnung erreicht werden kann.As shown in 7 In turn, thirteen different curves are shown, which are each shown for a specific speed of 1000 to 15000 U / sec. These factors K ₁ to K ₅ are selected for a particular speed and within that speed for a particular measurement. In the embodiment according to 7 such a selection was made for the speed 4,000 U / sec. The calculation of the formula 10 for the other speeds, which in the embodiment according to 7 By way of example, the curves CALC_1000, CALC_1500, CALC_4000 and CALC_10000 are used to show to what extent a sufficiently good selection of the parameters was carried out at the "measuring speed." In this regard, it should be noted that a suitable and skillful selection of the measuring points ensures good accuracy in the Calculation can be achieved.

Zur Bestimmung der Polradspannung U_{P_n} wird die Polradspannung U_{P_n} am unbelasteten Generator (Generatorstrom I_Gen = 0) gemessen, indem der Erregerstrom I_Err bei konstanter Drehzahl schrittweise erhöht wird. Da nach dem Induktionsgesetz die Polradspannung U_{P_n} bei gleichem Erregerstrom I_Err direkt proportional zur Drehzahl ist, kann die Drehzahlabhängigkeit bei der Bildung des Parameters quasi eliminiert werden, indem man die gemessenen Spannungswerte einer Drehzahlreihe durch diese Drehzahl (in 1/sec) teilt. Dies hat den Vorteil, dass nur eine Kennlinie der Polradspannung U_{P_n} über dem Erregerstrom I_Err erforderlich ist. Eine derartige Kennliniendarstellung der Polradspannung U_{P_n} ist in 8 gezeigt. Wie aus 8 zu erkennen ist, sind zum Vergleich zwei Kennlinien der Polradspannung U_{P_n} bei einer ersten Drehzahl (12000 U/sec) und einer zweiten Drehzahl (1500 U/sec) gezeigt. Die beiden Kurven sind in 8 sehr nahe beieinander liegend und weisen im Wesentlichen einen gleichen Verlauf auf. Wie aus 8 zu erkennen ist, steigt die Polradspannung U_{P_n} bis zu einem Erregerstrom I_Err von etwa 2,5 A relativ stark an und geht dann in einen Sättigungsbereich über.In order to determine the pole wheel voltage U _{P_n} , the pole wheel voltage U _{P_n} at the unloaded generator (generator current I _Gen = 0) is measured by stepping up the excitation current I _Err at a constant speed. Since, according to the law of induction, the pole wheel voltage U _{P_n is} directly proportional to the speed at the same exciter current I _Err , the speed dependency in the formation of the parameter can be quasi eliminated by dividing the measured voltage values of a speed series by this speed (in 1 / sec). This has the advantage that only one characteristic curve of the pole wheel voltage U _{P_n} over the excitation current I _{Err is} required. Such a characteristic representation of the pole wheel voltage U _{P_n} is in 8th shown. How out 8th can be seen, two characteristics of the Polradspannung U _{P_n} at a first speed (12000 U / sec) and a second speed (1500 U / sec) are shown for comparison. The two curves are in 8th lying very close to each other and have essentially the same course. How out 8th can be seen, the Polradspannung U _{P_n increases} up to an excitation current I _Err of about 2.5 A relatively strong and then goes into a saturation region.

Als weiterer Parameter des Ersatzschaltbilds wird die Synchroninduktivität L_S berücksichtigt. Die Synchroninduktivität L_S wird mit Hilfe einer 50 Hz-Messung ermittelt. Diesbezüglich wird der Rotor des Generators blockiert und zwei Phasen der Wicklung werden an eine Wechselspannungsquelle mit 50 Hz und variabler Spannung angeschlossen. Für verschiedene konstante Erregerströme I_Err wird dann die Wechselspannung an den zwei Phasen langsam erhöht und der Strom, die Spannung und der Phasenwinkel werden gemessen. Die Synchroninduktivität L_S errechnet sich dann aus nachfolgend dargestellten Zusammenhängen:

As a further parameter of the equivalent circuit, the synchronous inductance L _{S is} taken into account. The synchronous inductance L _S is determined by means of a 50 Hz measurement. In this regard, the rotor of the generator is blocked and two phases of the winding are connected to a 50 Hz alternating voltage source with variable voltage. For different constant excitation currents I _Err , the alternating voltage at the two phases is then slowly increased and the current, the voltage and the phase angle are measured. The synchronous inductance L _S is then calculated from the following relationships:

X_S bezeichnet dabei den Blindwiderstand der Synchroninduktivität L_S. Anzumerken ist, dass diese Messung für beide Achsen der Synchronmaschine getrennt durchgeführt wird. Diesbezüglich sei angemerkt, dass von zwei Achsen der Synchronmaschine dann gesprochen wird, wenn der Läufer des Generators kein Vollpolläufer ist. Nur bei einem Vollpolläufer kann die Ständerdrehdurchflutung, im Gegensatz zum Schenkelpolläufer, ein von ihrer Position zum Läufer unabhängiges elektromagnetisches Feld erzeugen. Da jedoch die Art des Läufers zu Beginn einer Messung nicht mit Sicherheit bekannt ist, muss von den schwierigsten Verhältnissen, die dem Schenkelpolläufer entsprechen, ausgegangen werden. Bei diesem Läufer ist das magnetische Feld nicht unabhängig von der Läuferposition, d. h. die beiden „Endstellungen" dieser ständig wechselnden Positionen werden durch die d-Achse (= 0°) und die q-Achse (= 90°) markiert. Die d-Achse kann dadurch gefunden werden, dass man bei einem geringen Stromfluss zwischen zwei Phasen der Statorwicklung und einem mittleren Erregerstrom I_Err den Rotor mit der Hand langsam dreht. Bei einer Umdrehung können dabei die verteilten acht Pole der Maschine bemerkt werden, da der Rotor an den entsprechenden Stellen quasi ein „Einrasten" durchführt. Jede dieser „Raststellungen" markiert die d-Achse. Die Position zwischen zwei „Raststellungen" entspricht der q-Achse. In 9 ist eine Messreihendarstellung dieser Messung gezeigt. Da die Messwerte der Messungen in q- und d-Achse jeweils bei gleichem Erregerstrom deckungsgleich sind, kann davon ausgegangen werden, dass der Rotor des Generators ein Vollpolläufer ist. Dies führt zu einer deutlich vereinfachten Berechnung. Aus der Mehrzahl in 9 dargestellten Kennlinien wird eine einzige Kennlinie der Synchroninduktivität L_S in Abhängigkeit vom Erregerstrom I_Err erzeugt und als Parameter hinterlegt.X _S denotes the reactance of the synchronous inductance L _S. It should be noted that this measurement is performed separately for both axes of the synchronous machine. In this regard, it should be noted that is spoken of two axes of the synchronous machine, when the rotor of the generator is not a Vollpolläufer. Only with a Vollpolläufer the Ständerdrehdurchflutung, unlike the Schenkelpolläufer, generate an independent of their position to the rotor electromagnetic field. However, since the type of runner at the beginning of a measurement is not known with certainty, it must be assumed that the most difficult conditions that correspond to the Schenkelpolläufer. In this rotor, the magnetic field is not independent of the rotor position, ie the two "end positions" of these constantly changing positions are marked by the d-axis (= 0 °) and the q-axis (= 90 °) can be found by slowly rotating the rotor by hand with a small current flow between two phases of the stator winding and a mean exciter current I. _Err In one revolution, the distributed eight poles of the machine can be noticed, since the rotor at the corresponding Make virtually a "snap" performs. Each of these "detent positions" marks the d-axis The position between two "detent positions" corresponds to the q-axis. In 9 a series of measurements of this measurement is shown. Since the measured values of the measurements in the q and d axes are congruent with the same exciter current, it can be assumed that the rotor of the generator is a full-pole rotor. This leads to a clearly unified calculated calculation. From the majority in 9 a characteristic curve of the synchronous inductance L _{S is} generated as a function of the excitation current I _Err and stored as a parameter.

Nachfolgend wird die Bestimmung der Generatorkenngrößen in Abhängigkeit der oben erläuterten Parameter des Ersatzschaltbilds näher erläutert. Zur Berechnung der Generatorgrößen werden darüber hinaus betriebszustandsspezifische Größen herangezogen. Diesbezüglich werden im Ausführungsbeispiel als betriebszustandsspezifische Größen die aktuelle Motordrehzahl n_Mot, die Generatorspannung U_Gen, der Erregerstrom I_Err und das Tastverhältnis TV der Erregerspannung bereitgestellt. Diese betriebszustandsspezifischen Größen werden als Messwerte an das physikalische Generatormodell übertragen. Die Berechnung der Generatorkenngrößen wird anhand des Ablaufdiagramms gemäß 21 näher erläutert. Wie bereits erwähnt, werden die Generatormesswerte der Generatorspannung U_Gen, des Erregerstroms I_Err, die Motordrehzahl n_Mot und das Tastverhältnis TV der Erregerspannung an das physikalische Generatormodell übertragen. In zumindest einer Recheneinheit des physikalischen Generatormodells werden diese übertragenen Messwerte sowie in dem Generatormodell abgelegte Parameterwerte des Ersatzschaltbilds für die Berechnung weiterer physikalischer Größen herangezogen. In einem ersten Schritt S1 werden dazu aus den übertragenen Messwerten und einigen der abgelegten Parameter des Ersatzschaltbilds eine Berechnung der Generatortemperatur T_Gen durchgeführt. Des Weiteren wird in diesem ersten Schritt eine Berechnung aller Widerstände R_Temp auf die aktuelle Temperatur durchgeführt. Diesbezüglich erfolgt eine Berechnung einer Erregerspannung U_Err aus dem Tastverhältnis TV und der Generatorspannung U_Gen gemäß der Formel 15. UErr = TV·UGen 15) The determination of the generator parameters in dependence on the above-explained parameters of the equivalent circuit diagram will be explained in more detail below. In addition, operating state-specific variables are used to calculate the generator variables. In this regard, the current engine speed n _Mot , the generator voltage U _Gen , the exciter current I _Err and the duty cycle TV of the exciter voltage are provided in the exemplary embodiment as operating state-specific variables. These operating state-specific variables are transmitted as measured values to the physical generator model. The calculation of the generator parameters is based on the flowchart according to 21 explained in more detail. As already mentioned, the generator measured values of the generator voltage U _Gen , the exciter current I _Err , the motor speed n _Mot and the duty cycle TV of the exciter voltage are transmitted to the physical generator model. In at least one arithmetic unit of the physical generator model, these transmitted measured values as well as parameter values of the equivalent circuit diagram stored in the generator model are used for the calculation of further physical variables. In a first step S1, a calculation of the generator temperature T _{Gen is} carried out from the transmitted measured values and some of the stored parameters of the equivalent circuit diagram. Furthermore, in this first step, a calculation of all resistances R _{Temp is} carried out to the current temperature. In this regard, a calculation of an excitation voltage U _Err from the duty cycle TV and the generator voltage U _gene according to the formula 15. U Err = TV · U gene 15)

Des Weiteren wird der Wicklungswiderstand R_{2_Temp0} der Erregerwicklung in Abhängigkeit von der gegebenen Temperatur aus der berechneten Erregerspannung U_Err und dem Erregerstrom I_Err gemäß der Formel 16 ermittelt.Furthermore, the winding _resistance R _{2_Temp0 of} the excitation winding is determined as a function of the given temperature from the calculated excitation voltage U _Err and the excitation current I _Err according to the formula 16.

Dieser Wicklungswiderstand R_{2_Temp0} der Erregerwicklung bei dieser entsprechenden Temperatur fließt in die Berechnung der Generatortemperatur T_Gen ein, wobei diese Generatortemperatur T_Gen gemäß der nachfolgend dargestellten Formel 17 durchgeführt wird.This winding _resistance R _{2_Temp0 of} the excitation winding at this corresponding temperature flows into the calculation of the generator temperature T _Gen , this generator temperature T _{Gen being performed} according to the formula 17 shown below.

Die durch die Formel 17 berechnete Temperatur T_Gen = Temp0 fließt dann wiederum in die Berechnung des temperaturabhängigen Wicklungswiderstands R_{1_Temp0} der Statorwicklung und des temperaturabhängigen Widerstands R_{D_Temp0} der Diodenbrücke ein. Die Berechnung dieser beiden Widerstände R_{1_Temp0} und R_{D_Temp0} wird durch die nachfolgend dargestellten Formeln 18 und 19 durchgeführt:

The temperature T _Gen = Temp0 calculated by the formula 17 then in turn flows into the calculation of the temperature-dependent winding resistance R _{1_Temp} _{0 of} the stator winding and the temperature-dependent resistance R _{D_Temp 0 of} the diode bridge. The calculation of these two resistors R _{1_Temp0} and R _{D_Temp0} is carried out by the following formulas 18 and 19:

Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Berechnungen gemäß der Formeln 18 und 19 nicht denen gemäß 7 und 9 entsprechen.It It should be noted here that the calculations according to the formulas 18 and 19 not those according to 7 and 9 correspond.

In einem weiteren Schritt S2 gemäß 21 werden die Drei-Phasen-Werte für Strom I_Phase und Spannung U_Phase ermittelt. Gemäß der Darstellung in 21 werden auch dafür die in dem Generatormodell bereitgestellten Parameter des Ersatzschaltbilds herangezogen bzw. bereitgestellt. In einem weiteren Schritt S3 erfolgt ein Umrechnen der Phasenspannung auf eine Gleichspannung U_Gen bzw. ein Umrechnen des Phasenstroms auf Generatorstromwerte I_Gen. Diesbezüglich wird der Generatorstrom I_Gen anfänglich gleich einem Initialisierungswert des Generatorstroms I_{Gen_}I_nit für einen ersten Rechendurchlauf gleichgesetzt. Die Strangspannung wird dabei aus der bekannten Generatorspannung gemäß der Formel 20 berechnet.In a further step S2 according to 21 the three-phase values for current I _phase and voltage U _{phase are} determined. As shown in 21 The parameters of the equivalent circuit diagram provided in the generator model are also used or provided for this purpose. In a further step S3, the phase voltage is converted to a DC voltage U _Gen or a conversion of the phase current to generator current values I _Gen. In this regard, the generator _current I _{gene is} initially set equal to an initialization _{value of} the generator _current I _{Gen_} I _nit for a first computational throughput. The strand voltage is calculated from the known generator voltage according to the formula 20.

Die Berechnung des Strangstroms erfolgt nach dem Zeigerdiagramm gemäß 2 und 3. Die Winkelfrequenz ω wird dabei in Abhängigkeit der Generatordrehzahl n_Gen und der Polpaarzahl PPZ gemäß der Formel 21 berechnet. Gemäß Formel 22 ist der Blindwiderstand X_S proportional zur Synchroninduktivität L_S, wobei als Proportionalitätsfaktor die Winkelfrequenz gemäß Formel 21 herangezogen wird.The calculation of the phase current is carried out according to the phasor diagram according to 2 and 3 , The Angular frequency ω is calculated as a function of the generator speed n _Gen and the pole pair number PPZ according to the formula 21. According to formula 22, the reactance X _{S is} proportional to the synchronous inductance L _S , wherein the angular frequency according to formula 21 is used as the proportionality factor.

Dieser Blindwiderstand X_S gemäß Formel 22 fließt in die Berechnung des Scheinwiderstands Z gemäß nachfolgend dargestellter Formel 23 ein. In die Berechnung des Scheinwiderstands Z fließt auch der gemäß Formel 18 berechnete Wicklungswiderstand R_{1_Temp0} ein. Die Berechnung der Winkel β, β⁰, γ und ν wird gemäß den nachfolgend dargestellten Formeln 23 bis 27 durchgeführt.This reactance X _S according to formula 22 flows into the calculation of the impedance Z according to formula 23 shown below. The calculation of the impedance Z also includes the winding _resistance R _{1_Temp0} calculated according to formula 18. The calculation of the angles β, β ⁰ , γ and ν is performed according to the formulas 23 to 27 shown below.

In die Berechnung dieser Winkel fließen der Blindwiderstand X_S gemäß Formel 22, die Klemmenspannung U₁, der Betrag der Polradspannung U_P sowie der Wicklungswiderstand der Statorwicklung R₁ ein. In die Berechnung des Strangstroms i ₁ fließt der Scheinwiderstand gemäß Formel 23 und die Spannung u _Z, welche sich gemäß der Formel 28 berechnet, ein.The reactance X _S according to formula 22, the terminal voltage U ₁ , the amount of the pole wheel voltage U _P and the winding resistance of the stator winding R ₁ flow into the calculation of these angles. In the calculation of the phase current i ₁ the impedance according to formula 23 and the voltage u _Z , which is calculated according to the formula 28 flows.

Die Berechnung des Generatorstroms I_Gen erfolgt gemäß nachfolgend dargestellter Formel 30: IGen = I1· √3·1,35 30) The calculation of the generator current I _gene is carried out according to formula 30 shown below: I gene = I 1 · √ 3 · 1.35 30)

Diese im Schritt S3 gemäß 21 berechneten Werte des Generatorstroms I_Gen werden in einem weiteren Schritt S4 zur Berechnung der Eisen-, Kupfer- und Diodenbrückenverluste bereitgestellt. Des Weiteren werden diese Werte, welche im Schritt S3 ermittelt wurden, für die Berechnung einer Abgabeleistung sowie einer Gleichstromleistung gemäß Schritt S5 bereitgestellt. Die Berechnung der Eisen-, Kupfer- und Diodenbrückenverluste P_Fe bzw. P_Cu bzw. P_D wird durch die nachfolgend dargestellten Formeln 31 bis 33 berechnet:

Wie aus der Darstellung in 21 weiterhin zu erkennen ist, werden die Eisenverluste P_Fe, die Kupferverluste P_Cu und die Diodenbrückenverluste P_D auch zur Berechnung der Abgabeleistung P₁ und der Gleichstromleistung P_DC gemäß Schritt S5 bereitgestellt. Die Abgabeleistung P₁ berechnet sich dabei gemäß der nachfolgenden Formel 34, wobei sich die Gleichstromleistung P_DC gemäß der nachfolgenden Formel 35 berechnet. P1 = 3·U1·I1·cos(ϕ) 34) PDC = P1 – PD 35) These in step S3 according to 21 calculated values of the generator current I _Gen are provided in a further step S4 for calculating the iron, copper and diode bridge losses. Further, these values obtained in step S3 are provided for the calculation of an output power and a DC power according to step S5. The calculation of the iron, copper and diode bridge losses P _Fe or P _Cu or P _D is calculated by the following formulas 31 to 33:

As from the illustration in 21 ₁ , the iron losses P _Fe , the copper losses P _Cu and the diode bridge losses P _{D are} also provided for calculating the output power P ₁ and the DC power P _DC according to step S5. The output power P _{1 is} calculated in accordance with the following formula 34, wherein the DC power P _DC calculated according to the following formula 35. P 1 = 3 · U 1 · I 1 · Cos (φ) 34) P DC = P 1 - P D 35)

Die gemäß 21 in den Schritten S4 und S5 berechneten Verluste bzw. Leistungen werden gemäß Schritt S6 zur Berechnung einer Aufnahmeleistung P₂, einem Drehmoment M_Gen des Generators und einem Wirkungsgrad η bereitgestellt. In die Berechnung der Aufnahmeleistung P₂ fließt dabei die Abgabeleistung P₁, die Kupferverluste P_Cu, die Eisenverluste P_Fe sowie Reibungsverluste P_Vreib gemäß nachfolgender Formel 36 ein. Das Drehmoment des Generators M_Gen berechnet sich gemäß der Formel 37, wobei das Drehmoment des Generators M_Gen abhängig von der Aufnahmeleistung P₂ und dem Drehmoment des Generators n_Gen gemäß der Formel 37 ist. P2 = P1 + PCu1 + PV Reib + PFe 36)

The according to 21 Losses or powers calculated in steps S4 and S5 are provided according to step S6 for calculating a recording power P ₂ , a torque M _{gene of} the generator and an efficiency η. In this case, the output power P ₁ , the copper losses P _Cu , the iron losses P _Fe, and the friction losses P _Vreib according to the following formula 36 flow into the calculation of the input power P ₂ . The torque of the generator M _{Gen is} calculated according to the formula 37, wherein the torque of the generator M _{gene is} dependent on the intake power P ₂ and the torque of the generator n _gene according to the formula 37. P 2 = P 1 + P Cu1 + P V friction + P Fe 36)

Der Wirkungsgrad η des Generators bestimmt sich gemäß der Formel 38 aus dem Verhältnis der Aufnahmeleistung P₂ und der Abgabeleistung P₁.The efficiency η of the generator is determined according to the formula 38 from the ratio of the power P ₂ and the power P ₁ .

Wie in 21 des Weiteren zu erkennen ist, werden als Generatorkenngrößen der im Schritt S3 berechnete Generatorgleichstrom I_Gen sowie die im Schritt S6 berechneten Werte der Aufnahmeleistung P₂ des Generatordrehmoments M_Gen und des Wirkungsgrads η ausgegeben.As in 21 Furthermore, the generator direct current I _Gen calculated in step S3 and the values of the power P _{2 of} the generator torque M _Gen and the efficiency η calculated in step S 6 are output as generator parameters.

Die oben erläuterten aufgeführten Formeln erlauben also die Berechnung von Strom, Leistung und Drehmoment für jeden beliebigen Betriebspunkt des Generators. Wie des Weiteren aus den obigen Berechnungen hervorgeht, bilden für diese Berechnung lediglich die vier Messwerte vom Regler die Grundlage, welche als Eingangsmesswerte an das Generatormodell übertragen werden, sowie die fünfzehn Maschinenparameter, insbesondere die elf Parameter des Ersatzschaltbilds, welche messtechnisch für jeden Generator einmal ermittelt werden müssen.The explained above listed Formulas thus allow the calculation of current, power and torque for each any operating point of the generator. As further from the above calculations, only make up for this calculation the four readings from the controller based, which as input readings transferred to the generator model be, as well as the fifteen Machine parameters, in particular the eleven parameters of the equivalent circuit diagram, which metrologically for each generator must be determined once.

Die Abhängigkeit des Generatorstroms I_Gen in Abhängigkeit der Generatordrehzahl n_Gen ist in 10 für mehrere verschiedene Erregerströme I_Err gezeigt. Die Erregerströme I_Err variieren dabei von einem Wert von 0,25 A bis 3,73 A. 10 zeigt diese Abhängigkeiten als Ergebnis der Berechnung nach den beschriebenen Formeln. Die Rechnung liefert somit plausible Ergebnisse. Des Weiteren ist in 11 das Drehmoment M_Gen des Generators in Abhängigkeit der Drehzahl n_Gen des Generators für verschiedene Erregerströme I_Err gezeigt. Die Erregerströme I_Err variieren ebenfalls von einem Wert von 0,25 A bis zu einem Wert von 3,73 A.The dependence of the generator current I _Gen as a function of the generator speed n _Gen is in 10 shown for several different excitation currents I _Err . The excitation currents I _Err vary from a value of 0.25 A to 3.73 A. 10 shows these dependencies as a result of the calculation according to the described formulas. The bill thus provides plausible results. Furthermore, in 11 the torque M _{gene of} the generator as a function of the speed n _{Gen of} the generator for different excitation currents I _Err shown. The excitation currents I _{Err also} vary from a value of 0.25 A up to a value of 3.73 A.

Der Generator wurde im Hinblick für die Genauigkeit der Berechnung und deren Überprüfung im unteren Drehzahlbereich aufwändig vermessen. Bei der Messung wurden die Drehstromgrößen (Dreiphasen-Leistungsmessung) und die Gleichstromgrößen separat erfasst, so dass jede „Zwischengröße" der Berechnung (z.B. Polradwinkel, Klemmenspannung U₁, cosΦ) mit der realen Messgröße verglichen werden kann. In den folgenden 12 bis 19 sind beispielhaft die Abhängigkeiten des Generatorstroms I_Gen und des Drehmoments des Generators M_Gen in Abhängigkeit des Erregerstroms I_Err für verschiedene Generatordrehzahlen n_Gen und verschiedene Generatorspannungen U_Gen gezeigt. In jeder der 12 bis 19 sind dabei sowohl eine Messkurve als auch eine entsprechende berechnete Kennlinie dargestellt. In 12 ist dabei die Abhängigkeit des Generatorstroms I_Gen vom Erregerstrom I_Err bei einer Generatordrehzahl n_Gen von 1800 U/min und einer Generatorspannung U_Gen von 12 V gezeigt. In 13 ist die Abhängigkeit des Generatordrehmoments M_Gen von dem Erregerstrom I_Err ebenfalls bei 1800 U/min und 12 V gezeigt. In den 14 und 15 sind entsprechend zu den 12 und 13 der Generatorstrom I_Gen und das Generatordrehmoment M_Gen in Abhängigkeit vom Erregerstrom I_Err bei 1800 U/min und 15 V dargestellt. In entsprechender Weise sind in den 16 und 17 der Generatorstrom I_Gen bzw. das Drehmoment des Generators M_Gen in Abhängigkeit des Erregerstroms I_Err bei einer Generatordrehzahl n_Gen von 2500 U/min und einer Generatorspannung U_Gen von 12 V gezeigt. In den 18 und 19 ist eine entsprechende Darstellung des Generatorstroms I_Gen bzw. des Drehmoments M_Gen in Abhängigkeit des Erregerstroms I_Err bei 2500 U/min und 15 V gezeigt.The generator was extensively measured in terms of the accuracy of the calculation and their review in the lower speed range. In the measurement, the three-phase power quantities (three-phase power measurement) and the DC quantities were separately detected, so that each "intermediate size" of the calculation (eg, rotor angle, terminal voltage U ₁ , cosΦ) can be compared with the real measured quantity 12 to 19 By way of example, the dependencies of the generator current I _Gen and the torque of the generator M _Gen as a function of the excitation current I _{Err are shown} for different generator speeds n _Gen and different generator voltages U _Gen. In each of the 12 to 19 Both a measured curve and a corresponding calculated characteristic are shown. In 12 is the dependence of the generator current I _{gene of} the excitation current I _Err at a generator speed n _gene of 1800 U / min and a generator voltage U _gene of 12 V shown. In 13 the dependence of the generator torque M _Gen on the excitation current I _{Err is} also shown at 1800 rpm and 12V. In the 14 and 15 are according to the 12 and 13 the generator current I _gene and the generator torque M _gene as a function of the excitation current I _Err at 1800 rev / min and 15 V shown. In a similar way are in the 16 and 17 the generator current I _gene or the torque of the generator M _gene as a function of Excitation current I _Err at a generator speed n _gene of 2500 rev / min and a generator voltage U _gene of 12 V shown. In the 18 and 19 is a corresponding representation of the generator current I _gene or the torque M _gene as a function of the excitation current I _Err at 2500 rev / min and 15 V shown.

Eine Darstellung des physikalischen Generatormodells sowie die entsprechenden Eingangs- und Ausgangsgrößen ist in 20 gezeigt. Wie aus 20 zu erkennen ist, werden bei dieser Ausführung die aktuelle Motordrehzahl n_{Motor aktuell}, die durch ein Motorsteuergerät fiktiv ermittelte Leerlaufdrehzahl des Motors n_{motor_Leerlauf}, sowie weitere motorspezifische Daten, insbesondere aus denen ein Übersetzungsverhältnis des Generators i ermittelt werden kann, als Eingangsgrößen an das physikalische Generatormodell übertragen. Des Weiteren werden in der Ausführung gemäß 20 als Eingangsgrößen das Tastverhältnis TV, der Erregerstrom I_Err und die Generatorspannung U_Gen an das physikalische Generatormodell als Messwerte übertragen. Wie aus der Darstellung in 20 zu erkennen ist, wird die aktuelle Motordrehzahl n_{Motor_aktuell} und die fiktive Leerlaufdrehzahl des Motors n_{Motor_Leerlauf} an eine Einheit zum Berechnen einer aktuellen und einer fiktiven Leerlaufdrehzahl des Generators n_Gen übertragen. Diesbezüglich wird auch das Übersetzungsverhältnis i des Generators an diese Einheit zum Ermitteln der entsprechenden Generatordrehzahlen n_Gen übertragen.A representation of the physical generator model and the corresponding input and output variables is in 20 shown. How out 20 can be seen, in this embodiment, the current engine speed n _{motor current} , the _{idi fi cally} determined by an engine control unit idle speed of the engine n _{motor_Leerlauf} , and other engine-specific data, in particular from which a gear ratio of the generator i can be determined as input to the physical generator model transfer. Furthermore, in the embodiment according to 20 as input variables the duty cycle TV, the excitation current I _Err and the generator voltage U _{Gen are} transmitted to the physical generator model as measured values. As from the illustration in 20 ₁ , the current engine speed n _{engine_actual} and the fictitious idle speed of the engine n engine idling are _transmitted to a unit for calculating a current and a fictitious idling speed of the generator n _gen . In this regard, the gear ratio i of the generator is also transmitted to this unit for determining the corresponding generator speeds n _Gen.

Wie aus der Darstellung in 20 weiterhin zu erkennen ist, wird die aktuelle Generatordrehzahl zum Berechnen eines aktuellen Generatorstroms I_{Gen_aktuell} Und zum Berechnen eines maximalen Generatorstroms I_{Gen_max} übertragen. Die fiktiv ermittelte Leerlaufdrehzahl des Generators wird lediglich zur Berechnung eines Leerlaufstroms des Generators I_{Gen_Leerlauf} herangezogen und diesbezüglich übertragen. Die Eingangsgrößen Tastverhältnis TV, Erregerstrom I_Err und die Generatorspannung U_Gen werden allesamt sowohl zur Berechnung des aktuellen Generatorstroms I_{Gen_aktuell}, des maximal möglichen Generatorstroms I_{Gen_max} und des fiktiven Leerlaufstroms des Generators I_{Gen_Leerlauf} herangezogen und zur Berechnung verwendet.As from the illustration in 20 Furthermore, the current generator _speed for calculating a current generator current I _{Gen_aktuell} and for calculating a maximum generator current I _{Gen_max is} transmitted. The fictitious idling speed of the generator is merely used to calculate an idle _{current of} the generator I _{Gen_Leerlauf} and transmitted in this regard. The input variables duty cycle TV, excitation current I _Err and the generator voltage U _Gen are all used both for calculating the current generator current I _{Gen_aktuell} , the maximum possible generator current I _{Gen_max} and the notional idling current of the generator I _{Gen_Leerlauf} and used for the calculation.

Wie aus der Darstellung in 20 zu erkennen ist, kann vorgesehen sein, dass das Berechnen dieser drei Werte I_{Gen_aktuell}, I_{Gen_max} und I_{Gen_Leerlauf} jeweils in separaten Recheneinheiten berechnet werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass diesbezüglich für alle drei Werte eine einzige Recheneinheit zur Verfügung gestellt wird. Anzumerken ist, dass die Berechnung dieser drei Werte auf demselben Rechenalgorithmus basiert, jedoch für alle drei zumindest teilweise unterschiedliche Eingangsgrößen herangezogen werden. Für die entsprechenden Werte dieser Generatorströme sei auf die oben ausführlich erläuterte Darstellung und die zugrunde gelegten Formeln verwiesen.As from the illustration in 20 can be seen, it can be provided that the calculation of these three values I _{Gen_aktuell} , I _{Gen_max} and I _{Gen_Leerlauf are} each calculated in separate arithmetic units. However, it can also be provided that in this regard a single arithmetic unit is made available for all three values. It should be noted that the calculation of these three values is based on the same calculation algorithm, but for all three at least partially different input variables are used. For the corresponding values of these generator currents, reference is made to the illustration explained in detail above and the formulas on which they are based.

Wie in 20 gezeigt ist, wird der berechnete Leerlaufstrom des Generators I_{Gen_Leerlauf} direkt als Ausgangsgröße des Generatormodells und als Kenngröße des Generators ausgegeben. Der aktuelle berechnete Generatorstrom I_{Gen_aktuell} wird einerseits ebenfalls direkt als Ausgangsgröße vom Generatormodell ausgegeben und andererseits zum weiteren Berechnen des aktuellen Generatordrehmoments M_{Gen_aktuell}, der mechanischen Leistung P_mech bzw. der Aufnahmeleistung P₂ und des Wirkungsgrads η herangezogen. Diese drei Werte M_{Gen_aktuell}, P_{mech_aktuell} und η_aktuell werden ebenfalls gemäß der Darstellung in 20 als Ausgangsgrößen bzw. als Generatorkenngrößen vom Generatormodell ausgegeben. Des Weiteren wird der aktuelle Generatorstrom I_{Gen_aktuell} und der berechnete fiktive maximale Generatorstrom I_{Gen_max} an einen Summierer übertragen. In diesem Summierer wird vom Wert des maximalen Generatorstroms I_{Gen_max} der Wert des aktuellen Generatorstroms I_{Gen_aktuell} abgezogen, wodurch sich als Ausgangsgröße des Generatormodells bzw. als Generatorkenngröße ein Reserve-Generatorstrom I_{Gen_Reserve} ergibt.As in 20 is shown, the calculated no-load current of the generator I _{Gen_Leerlauf is output} directly as the output of the generator model and as a parameter of the generator. The current calculated generator current I _{Gen_aktuell} is on the one hand also output directly as an output from the generator model and on the other hand for further calculation of the current generator _torque M _{Gen_aktuell} , the mechanical power P _mech or the recording power P ₂ and the efficiency η used. These three values M _{Gen_aktuell} , P _{mech_aktuell} and η _aktuell are also displayed as shown in 20 output as output variables or as generator parameters from the generator model. Furthermore, the current generator current I _{Gen_aktuell} and the calculated fictitious maximum generator current I _{Gen_max is} _transmitted to a summer. In this summer the maximum generator current I is subtracted _{Gen_max} the value of the current generator current I _{Gen_aktuell} from the value, which is obtained as the output of the generator model or as a generator parameter a backup generator current I _{Gen_Reserve.}

Die in 20 als Eingangsgrößen verwendeten Werte werden direkt am Generator abgegriffen bzw. von einer Energiemanagementvorrichtung aufbereitet. Die Ausgabegrößen bzw. die Generatorkenngrößen werden der Energiemanagementvorrichtung zur Verfügung gestellt. Für die Bestimmung der Ausgangsgrößen bzw. der Generatorkenngrößen läuft der oben ausführlich erläuterte Rechenvorgang mehrfach parallel ab. Eine Energiemanagementvorrichtung, die mit dem erfindungsgemäßen Generatormodell verwendbar ist, ist beispielsweise aus DE 101 45 270 A1 bekannt.In the 20 Values used as input variables are tapped directly on the generator or processed by an energy management device. The output quantities or the generator parameters are made available to the energy management device. For the determination of the output variables or the generator parameters, the computation procedure explained in detail above runs several times in parallel. An energy management device which can be used with the generator model according to the invention is, for example, made DE 101 45 270 A1 known.

Claims

Generator model for determining characteristics of a generator in a motor vehicle, characterized in that the generator in the generator model is characterized by an equivalent circuit diagram and the generator characteristics in dependence on parameters of the equivalent circuit diagram can be determined.

Generator model according to claim 1, characterized in that the equivalent circuit diagram comprises: A winding resistance for characterizing the resistance of a stator winding, a leakage inductance, a main inductance, a resistor for characterizing iron losses, and a voltage source which generates a pole wheel voltage which is induced by an exciting current of a rotating rotor of the stator.

Generator model according to claim 2, characterized that the winding resistance and the leakage inductance in series are connected and a parallel circuit of the main inductance, the voltage source and the resistance to characterize the iron loss resistance connected in series to the winding resistance and the leakage inductance are.

Generator model according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the number of parameters of the equivalent circuit diagram is less than or equal to 15, in particular less than or equal to 11.

Generator model according to one of the preceding claims thereby marked that given the parameters of the equivalent circuit diagram are through: - one Winding resistance of the stator winding at a fixed temperature, especially at 20 ° C, and or - one Winding resistance of a field winding of a rotor in a fixed temperature, in particular at 20 ° C, and / or - one Resistance of a diode bridge, and or - one Pole pair number, and / or - one Diode voltage, in particular a diode voltage in the flow direction of serially connected diodes, and / or - the phase angle between Current and voltage, and / or - at least one, in particular five, factor for the Calculation of iron losses, and / or - friction losses of the generator, in particular air and / or bearing friction losses, and / or - at least a characteristic curve of a pole wheel voltage as a function of an exciter current, and or - at least a characteristic of a synchronous inductance as a function of the exciter current.

Generator model according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the parameters of the equivalent circuit diagram in one Arithmetic unit are stored and designed the arithmetic unit is that for determining the characteristics of the generator to the computing unit transferable Operating state specific quantities of the Vehicle are used.

Generator model according to claim 6, characterized that the operating state-specific variables a current engine speed and / or an idle speed and / or a duty ratio of Excitation voltage and / or an excitation current and / or a generator voltage and / or engine-specific data.

Generator model according to one of the preceding claims, characterized in that the generator parameters of the generator model are the Generator torque and / or the mechanical power of the generator and / or an efficiency of the generator and / or a generator current and / or a generator reserve current and / or a generator idle current include.

Generator model according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the determined parameters of the generator as information data to an energy management device for determining a current one Energy distribution of available Generator energy in the vehicle are transferable.

Method for determining characteristics of a Generator in a motor vehicle, in which an equivalent circuit diagram of a generator is based and the generator characteristics in dependence be determined by parameters of the equivalent circuit diagram.