DE19853329A1

DE19853329A1 - Prüfverfahren für eine Baugruppe mit einem zu verstellenden Element, insbesondere mit einer Drosselklappe, dessen Stellbewegung von einem elektrischen Stellmotor bewirkt wird

Info

Publication number: DE19853329A1
Application number: DE19853329A
Authority: DE
Inventors: Eugen Kielbas; Gerold Grimm; Oliver Hasslacher; Wolfgang Malling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2000-05-25
Also published as: FR2786284A1; FR2786284B1; ITMI992306A1; IT1314005B1; JP2000155072A; KR20000035546A; ITMI992306A0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren für eine Baugruppe (10) mit einem zu verstellenden Element, insbesondere einer Drosselklappe (14), dessen Stellbewegung von einem elektrischen Stellmotor (11) bewirkt wird. Um den Verlauf des vom Stellmotor (11) gelieferten Drehmoments in Abhängigkeit von der Stellage des zu verstellenden Elements erfassen zu können, ohne mechanisch in die Baugruppe eingreifen zu müssen, ist vorgesehen, daß der Stellmotor (11) mit einem Motorstrom versorgt wird, der so geregelt wird, daß die Stellbewegung des zu verstellenden Elements einem bestimmten Verlauf folgt, daß der Motorstrom erfaßt wird, um das der jeweiligen Stellage des zu verstellenden Elements gelieferte Drehmoment festzustellen, und daß die Abhängigkeit des Drehmoments von der Stellage des zu verstellenden Elements mit einer Soll-Abhängigkeit verglichen wird, um Fehler in der Baugruppe (10) zu erkennen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren für eine Baugruppe mit einem zu verstellenden Element, insbesondere mit einer Drosselklappe, dessen Stellbewegung von einem elektrischen Stellmotor bewirkt wird.

STAND DER TECHNIK

Wie alle industriell gefertigten Vorrichtungen müssen auch Baugruppen mit einem zu verstellenden Element, dessen Stellbewegung von einem elektrischen Stellmotor bewirkt wird, vor ihrer Auslieferung zumindest stichprobenweise auf ihre Funktionsfähigkeit hin überprüft werden. Bei Drossel klappenbaugruppen ist es beispielsweise erforderlich, festzustellen, ob der die Drosselklappe verstellende elek trische Stellmotor und das die Motorbewegung auf die Dros selklappenwelle übertragende Getriebe einwandfrei arbei ten, um eine genaue und feinfühlige Drosselklappeneinstel lung zu ermöglichen. Eine derartige Drosselklappenverstel lung ist insbesondere bei der Leerlaufregelung, bei einer automatischen Geschwindigkeitsregelung oder bei einer elektrischen Drosselklappensteuerung in Kraftfahrzeugen erforderlich. Für eine derartige Überprüfung ist es übli cherweise nötig, daß ein Drehmomentfühler so am Motor, am Getriebe, an der Drosselklappenwelle, oder einem anderen Bauelement der Drosselklappenbaugruppe, beispielsweise ei ner Seilscheibe, wie sie zur Übertragung der Stellbewegung vom Gaspedal zur Drosselklappenwelle eingesetzt wird, anzu bringen. Hierzu ist die Drosselklappenbaugruppe entspre chend auszulegen.

Bei der Konstruktion von Drosselklappenbaugruppen sowie auch von anderen mittels elektrischer Stellmotoren zu ver stellende Elemente aufweisenden Baugruppen ist es jedoch häufig nicht möglich, auf derartige, nur zu Prüfzwecken die nende Maßnahmen Rücksicht zu nehmen. Herkömmliche Prüfver fahren können daher häufig nicht eingesetzt werden, da der zu ihrer Durchführung erforderliche Drehmomentfühler nicht am Prüfling angeordnet werden kann.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Fest stellung des vom elektrischen Stellmotor gelieferten Dreh moments mit Hilfe des dafür benötigten Motorstroms aufgrund der Korrelation zwischen dem Motorstrom und dem zur Verstel lung des zu verstellenden Elements benötigten Motordrehmo ments kein mit einem Element der Baugruppe zu verbindender Drehmomentfühler mehr erforderlich ist. Obwohl die Bezie hung zwischen dem gemessenen Motorstrom und dem tatsächli chen, vom Motor gelieferten Drehmoment wegen der Streuung der motorcharakteristischen Kennwerte, wie Kommutierung, Nutrastung, Motorkonstante, mit großen Unsicherheiten be haftet ist, können relative Änderungen des Drehmoments überraschenderweise mit sehr guter Genauigkeit festge stellt werden, so daß nicht nur eine Gut/Schlecht-Bewertung des Prüflings möglich ist, sondern auch verschiedene Feh lerarten unterschieden werden können.

Wird die Stellage des zu verstellenden Elements mit Hilfe eines mit dem zu verstellenden Element gekoppelten Meßfüh ler, vorzugsweise mit einem baugruppeninternen Potentiome ter erfaßt, das zur Erfassung der Stellage des zu verstel lenden Elements im normalen Betrieb dient, so sind für die Überprüfung der Baugruppe außer einem elektrischen Anschluß der Stromversorgung für den Motor keine weiteren Eingriffe erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich also unabhängig von der konstruktiven Auslegung überall dort einsetzen, wo ein zu verstellendes Element von einem elektrischen Stell motor betätigt wird.

Weist eine zu prüfende Baugruppe keinen internen Meßfühler zur Erfassung der Stellage ihres zu verstellenden Elements auf oder soll bei der Überprüfung der Baugruppe gleichzeitig ein derartiger Meßfühler überprüft werden, so läßt sich die Stellage des zu verstellenden Elements auch mittels eines berührungslos arbeitenden externen Meßfühlers, vorzugswei se mittels eines optischen Abstandfühlers erfassen. In die sem Fall ist es lediglich erforderlich, daß das zu verstel lende Element über den gesamten Bereich seiner Stellbewe gung einem derartig berührungslos arbeitenden Meßfühler zu gänglich gemacht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er findung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

ZEICHNUNG

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes schematisches Blockdia gramm einer Drosselklappenbaugruppe mit ei ner angeschlossenen Vorrichtung zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Drosselklappe mit einem daran angeordneten externen Meßfühler zur Erfassung der Stellage und

Fig. 3a bis 3c verschiedene Drehmoment-Stellage(Drossel klappenöffnungswinkel)-Diagramme zur Erläu terung der Fehlererkennung beim erfindungs gemäßen Verfahren.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen verse hen.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt als Beispiel für eine Baugruppe mit einem zu verstellenden Element, dessen Stellbewegung von einem elek trischen Stellmotor bewirkt wird, eine Drosselklappenbau gruppe 10 mit einem Stellmotor 11, der über ein Getriebe 12 antriebsmäßig mit einer Drosselklappenwelle 13 einer Dros selklappe 14 verbunden ist, um die Drosselklappe aus der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung bis zu einem die maxi male Drosselklappenöffnung festlegenden mechanischen An schlag und zurück zu bewegen. Um die Winkellage der Drossel klappe 14 und damit den Öffnungswinkel α zu erfassen, ist mit der Drosselklappenwelle ein Potentiometer 15 verbunden, das als Meßfühler für die Stellage der Drosselklappe 14 wäh rend des Normalbetriebs dient.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens ist eine steuerbare Leistungsversorgungsschaltung 16 vorgese hen, die den Stellmotor 11 mit einem Motorstrom versorgt, der so geregelt wird, daß die Drosselklappe 14 in einer vor bestimmten Weise geöffnet wird. Daneben liefert die Lei stungsversorgungsschaltung 16 ein dem jeweiligen Motor strom entsprechendes Signal an einen Auswertekreis 17 einer Regelungsschaltung 18, die ferner einen Vergleichskreis 19 aufweist.

Der Vergleichskreis 19 ist mit einem Sollwertgeber 20 und über eine Leitung 21 mit dem Potentiometer 15 verbunden, so daß er den jeweiligen Istwert der Stellage der Drosselklappe 14, also den Istwert ihrer Winkelstellung mit einem entspre chenden vom Sollwertgeber 20 gelieferten Sollwert verglei chen kann, um dann einen der Regelabweichung entsprechenden Stellwert an die Leistungsversorgungsschaltung 16 zu lie fern, um den Motorstrom im Sinne einer Annäherung der Ist- Winkelstellung an die Soll-Winkelstellung zu ändern.

Der Vergleichskreis 19 arbeitet dabei mit einer schnellen PID-Regelung (Proportional-Integral-Differential-Rege lung), um den Motorstrom auszuregeln.

Anstelle des Potentiometers 15 kann zur Erfassung der Win kelstellung der Drosselklappe 14 auch ein berührungslos ar beitender Winkelmeßfühler 22 über die Leitung 21 mit dem Vergleichskreis 19 verbunden sein, wie er in Fig. 2 darge stellt ist. Der Winkelmeßfühler 22 umfaßt dabei eine Exzenter scheibe 23, die in nicht näher dargestellter Weise, z. B. magnetisch, an der Drosselklappe 14 in definierter Stellung befestigt ist. Die Exzenterscheibe 23 besitzt eine Abtast fläche 24, deren radialer Abstand von der Drehachse der Drosselklappe 14 sich linear mit der Winkelstellung ändert. Mit der Abtastfläche 24 der Exzenterscheibe 23 arbeitet ein optischer Abstandsfühler 25 zusammen, der zweckmäßigerwei se ein Laserabstandssensor mit hoher Genauigkeit ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens wird der als Gleichstrommotor ausgebildete Stellmotor 11 von der Leistungsversorgungsschaltung 16 so bestromt, daß die Dros selklappe 14 von ihrer Schließstellung entsprechend einem Öffnungswinkel α = 0 in einem langsamen Öffnungsvorgang mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bis zur maximalen Öffnungs stellung entsprechend einem Öffnungswinkel α = α_max bewegt wird, um anschließend in entsprechender Weise wieder zurück in ihre Schließstellung gebracht zu werden.

Hierbei wird der Motorstrom mit Hilfe des die Leistungsver sorgungsschaltung 16 steuernden Vergleichskreises 19 so ausgeregelt, daß die Winkelstellung der Drosselklappe 14 möglichst genau einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf des Öffnungswinkels α folgt. Wird hierbei als Meßwert für die Regelgröße, also für die Winkelstellung der Drosselklappe 14, das Ausgangssignal des Potentiometers verwendet, so liefert der Sollwertgeber 20 eine entsprechende Spannungs rampe, also eine zeitlich linear ansteigende Spannung, der das Ausgangssignal des Potentiometers möglichst genau fol gen sollte. Wird der Winkelmeßfühler 22 zur Erfassung des Öffnungswinkels α der Drosselklappe 14 eingesetzt, so lie fert der Sollwertgeber 20 eine entsprechende Signalrampe. Während des Öffnens und des anschließenden Schließens der Drosselklappe 14 werden der Motorstrom, die Potentiometer signale oder die Ausgangssignale vom Winkelmeßfühler 22 und die vom Vergleichskreis 19 erfaßten Regelabweichungen auf gezeichnet und ausgewertet, um eine Gut/Schlecht-Bewertung des Prüflings zu ermöglichen.

In Fig. 3a ist das Drehmoment des Stellmotors 11 beim Öffnen (Kurve a) und beim Schließen (Kurve b) der Drosselklappe 14 über dem jeweiligen Öffnungswinkel α aufgetragen. Der für eine erste Fehlerart beispielsweise dargestellte Drehmo mentverlauf über dem Öffnungswinkel α zeigt zwei Spitzen p, p', die durch einen Span im Getriebe 12 zwischen Stellmotor 11 und Drosselklappenwelle 13 hervorgerufen wurden. Im übrigen weist der Drehmomentverlauf den erwünschten und er warteten nahezu konstanten Verlauf auf.

Fig. 3b zeigt wiederum den Drehmomentverlauf beim Öffnen (Kurve a') und beim Schließen (Kurve b') einer Drosselklappe 14 in Abhängigkeit von deren Öffnungswinkel α für eine ande re Fehlerart. Hier weicht der Drehmomentverlauf von dem er warteten Verlauf a'_e, b'_e beim Öffnen bzw. Schließen der Drosselklappe 14 ab, was auf eine erhöhte Lagerreibung der Drosselklappenwelle 13 zurückzuführen ist.

In Fig. 3c ist ein anderer als "schlecht" bewerteter Dreh momentverlauf dargestellt, der durch eine erhöhte Lagerrei bung der Motorwelle des Stellmotors 11 hervorgerufen wurde. In Fig. 3c ist deutlich zu erkennen, daß die Drehmomentkur ven a", b", die den Drehmomentverlauf beim Öffnen bzw. Schließen der Drosselklappe 14 darstellen wiederum von dem erwarteten Verlauf a"_e, b"_e abweichen, wobei eine kleinere Periode der Schwankungen um den erwarteten Verlauf herum zu erkennen ist als bei den Kurven in Fig. 3b.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren hat eine hervorragende relative Meßgenauigkeit, so daß auch geringe Drehmomentän derungen z. B. aufgrund von Getriebefehlern sehr gut erkannt werden können. Wie die Fig. 3b und 3c zeigen, läßt sich aus dem Drehmomentverlauf entlang der Stellbewegung bei ei ner Reihe von Fehlern auch erkennen, in welchem Element der Baugruppe sie aufgetreten sind.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Prüfung von Stellantrieben mit wesentlicher Zeit einsparung durchgeführt werden kann, da die Regelschaltung 18 und die Leistungsversorgungsschaltung 16 nicht mecha nisch mit der zu testenden Baugruppe verbunden werden müs sen, sondern daß nur eine elektrische Verbindung über an der zu prüfenden Baugruppe vorhandene Steckverbindungen vorge nommen werden muß. Hierdurch wird auch die Zuverlässigkeit der Meßergebnisse wesentlich beeinflußt, da Fehler des Be dieners bei der mechanischen Verbindung ausgeschlossen wer den können. Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Baugruppen mit Stellantrieben einsetzen, bei denen der mechanische Anschluß von Meßmitteln ohne Zer störung der Baugruppe nicht möglich ist.

Damit läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Qualitätskontrolle im Prüffeld einsetzen.

Wird beispielsweise bei einer Drosselklappenbaugruppe 10, bei der ein internes Potentiometer 15 vorhanden ist, der Winkelmeßfühler 22 zur Erfassung der Regelgröße, also der Winkelstellung der Drosselklappe 14 eingesetzt, so kann zu sätzlich zu der Überprüfung des Stellantriebs auch noch das dem Öffnungswinkel α entsprechende Ausgangssignal des Po tentiometers mit dem ebenfalls dem Öffnungswinkel α ent sprechenden Ausgangssignals des Winkelmeßfühlers 22 ver glichen werden, um die Erfassungsgenauigkeit für den Öff nungswinkel α der Drosselklappe 14 mittels des Potentiome ters 15 zu überprüfen.

Bezugszeichenliste

10

Drosselklappenbaugruppe

11

Stellmotor

12

Getriebe

13

Drosselklappenwelle

14

Drosselklappe

15

Potentiometer

16

Leistungsversorgungsschaltung

17

Auswertekreis

18

Regelungsschaltung

19

Vergleichskreis

20

Sollwertgeber

21

Leitung

22

Winkelmeßfühler

23

Exzenterscheibe

24

Abtastfläche

25

Abstandsfühler

Claims

1. Prüfverfahren für eine Baugruppe (10) mit einem zu ver stellenden Element, insbesondere einer Drosselklappe (14), dessen Stellbewegung von einem elektrischen Stellmotor (11) bewirkt wird,

- bei dem der Stellmotor (11) mit einem Motorstrom ver sorgt wird, der so geregelt wird, daß die Stellbewegung des zu verstellenden Elements einem bestimmten Verlauf folgt,
- bei dem der Motorstrom erfaßt wird, um das der jeweili gen Stellage des zu verstellenden Elements gelieferte Drehmoment festzustellen, und
- bei dem die Abhängigkeit des Drehmoments von der Stellage des zu verstellenden Elements mit einer Soll- Abhängigkeit verglichen wird, um Fehler in der Baugrup pe (10) zu erkennen.

2. Prüfverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stellage des zu verstellenden Ele ments mit Hilfe eines mit dem zu verstellenden Element gekoppelten Meßfühlers (13) erfaßt wird.

3. Prüfverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als Meßfühler ein baugruppeninternes Potentiometer (15) dient.

4. Prüfverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stellage des zu verstellenden Ele ments mittels eines berührungslos arbeitenden Meßfüh lers (22), vorzugsweise mittels eines optischen Ab standfühlers (25) erfaßt wird.

5. Prüfverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verstellende Element mit gleichbleibender Stellgeschwindigkeit von seiner einen Endlage langsam in seine andere Endlage und zurück bewegt wird.

6. Prüfverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorstrom mit tels einer schnellen PID-Regelung (Proportional-Inte gral-Differntial-Regelung) geregelt wird.