WO2001042637A2 - Verfahren und vorrichtung zum antrieb eines stellelementes in einem krafttahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum antrieb eines stellelementes in einem krafttahrzeug Download PDF

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WO2001042637A2
WO2001042637A2 PCT/EP2000/011324 EP0011324W WO0142637A2 WO 2001042637 A2 WO2001042637 A2 WO 2001042637A2 EP 0011324 W EP0011324 W EP 0011324W WO 0142637 A2 WO0142637 A2 WO 0142637A2
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computing unit
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current
motor
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Thomas Jessberger
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Filterwerk Mann + Hummel Gmbh
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/0007—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for using electrical feedback
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/221—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for driving an actuating element with an electric motor in an air-guiding structure of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • a device of the type mentioned is such. B. known from EP 400 049 B1.
  • This document discloses an electronic throttle valve control device, the throttle valve being the control element. This is operated by a motor attached to the housing, the motor being actuated by an electronic control. In order to obtain satisfactory setting results, the control needs a signal about the throttle valve position, which is determined with a corresponding sensor.
  • sensors come e.g. B. switches, rotary potentiometers or Hall sensors in question.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for driving an actuating element with an electric motor in an air-guiding structure of a motor vehicle, which method can be implemented cost-effectively and has a high level of functional reliability. Furthermore, the object of the invention is to create a device to apply the described method. This object is solved by the features of claims 1 and 9.
  • the electric motor for adjusting the adjusting element is monitored by an electronic computing unit.
  • the method is characterized in that the current consumed by the electric motor is considered over at least part of the on-time of the electric motor.
  • the computing unit can evaluate the current consumption of the motor and use this to make statements about the function of the control element.
  • the current drawn by the motor can be determined on the one hand by measuring the current level (current in amperes) or by integrating the current level over time, ie the current consumption (eg in ampere-seconds).
  • the evaluation is preferably carried out by a digital computer.
  • a circuit arrangement in the form of an analog computer is also conceivable.
  • the on-time of the electric motor can also be considered by the electronic computing unit. It is assumed that the electric motor needs a certain time to switch the flap. Deviations from this time can be evaluated as errors. It should be noted here that the switch-on time is also dependent on the temperature and a range of fluctuation must be allowed in this area. A deviation outside of this fluctuation range can e.g. B. come about in that it z. B. due to contamination to a slow switching of the switching flap or even blocking, so that the actuating element can no longer be switched completely. As a result, the switch-on time increases in an impermissible manner, as a result of which the error is recognized.
  • Various air-guiding structures in which actuating elements are used are present in motor vehicles.
  • the intake tract of the internal combustion engine should be mentioned.
  • a throttle valve is generally provided, which also can be designed as a so-called E-gas.
  • a continuous adjustment of the throttle valve is provided, which z. B. can be achieved by using a stepper motor.
  • Air-guiding structures are also present in the area of fresh air intake for the vehicle cabin.
  • control flaps must be switched here, which mix cold air and warm air flows and enable the air conditioning system to be adapted.
  • Conventional direct current machines, stepper motors or also linear motors can be used as electric motors.
  • the current consumed by the electric motor is measured over a defined period of time, this period beginning after a switch-on time in such a way that the switch-on current generated when the electric motor is switched on has already decayed.
  • the current peak of the inrush current would make it difficult to evaluate the current drawn on the electric motor. Therefore, disregarding the inrush current leads to a simplification of the method and an increase in the functional reliability.
  • Both the current drawn by the electric motor and its switch-on time can be measured in a simple manner. Additional sensors for assessing the function of the control element are not required. In this way, the costs incurred by providing a sensor can be saved. At the same time, a fault-prone component is eliminated, which can improve the reliability of the function.
  • the end time of the measurement of the current consumed can also be separated from the switch-off time of the electric motor. If the end time is brought forward, the drop in the current consumed when the electric motor is switched off is not included in the measurement. This measure can also simplify the measuring method for errors that may occur, since a drop in the current drawn at the electric motor could also be regarded as an error.
  • a typical measurement interval for the current consumed can e.g. B. the period of 10 to 500 milliseconds after switching on the electronic motors. In this time interval, steady-state operation of the electric motor can be assumed, so that, according to a development of the invention, a current consumption of the electric motor outside of a certain range can be evaluated as a fault.
  • An impermissible increase in the current level, i.e. leaving the area upwards, can, for. B. mean that the actuator is blocked. Falling below the range is z. B.
  • Fluctuations within the range can e.g. B. arise from occurring temperature differences, since the current consumption of the electric motor increases with increasing temperature.
  • Such statements about the operating state of the electric motor can also be made if the current consumption of the motor is determined instead of the current level. Instead of a permissible current range, a permissible range for the current consumption is then defined.
  • the definition of such areas simplifies - as mentioned - the evaluation of the measured values. Of course, the evaluation can also take place without paying attention to a certain area.
  • the course of the current consumption or level is monitored, certain inadmissible states being recognized by the computing unit. This makes it possible to make more precise statements about the type of errors that may occur.
  • the output of the error can be sent directly to an output unit, e.g. B. a control lamp can be passed on.
  • an output unit e.g. B. a control lamp can be passed on.
  • Another possibility is to connect the error output to the engine management system so that an analysis can be carried out in connection with other engine data.
  • the engine management output devices can also be used to output the error determined by the computing unit.
  • the computing unit can be integrated in the electronic engine management. By integrating into an overall electronic system, the economy of the inventive solution can be increased, since components can be saved and the programming effort is reduced.
  • the electric motor is a stepper motor. In this case, it is necessary for the computing unit to receive additional information about the operating state of the stepper motor.
  • This additional information is evaluated by the computing unit, so that it can be decided whether the measured values can be evaluated with regard to errors that occur or not.
  • the measured values can lie both in the measurement of the current drawn by the electric motor and in the measurement of the switch-on time.
  • the stepper motor used can also be used for smaller movements of the control element, so that in these cases there is not a sufficiently long switch-on period to make statements about possible malfunctions. In these cases, an evaluation is not necessary. A possible error will be recognized in the next switching interval if statements about this are possible.
  • the control element is designed so that it has a stop.
  • the computing unit uses the approach of the actuating element to this stop to determine the exact position of the actuating element, since touching the actuating element on the stop means a defined position.
  • Approaching the stop can be done by the computing unit e.g. B. can be recognized by the fact that the power supply to the motor is only switched off shortly after striking the control element. This results in a brief increase in the current by blocking the motor, which can be used as a signal for reaching the stop.
  • the computing unit can check at the same time whether the next evaluable functional interval of the electric motor will no longer increase in current. An error is only output if the current rise is repeated.
  • the stop can be checked at regular intervals to determine whether the stepper motor is still moving to the desired positions of the actuating element. In this way it can be avoided that an adjustment of the adjusting element takes place, which can occur due to malfunctions of the stepping motor.
  • This review is also usually done by Position sensors determined that can be saved according to the inventive concept.
  • Checking the stop may also be useful for conventional motors. This results in z. B. an overload protection, which is activated not only when the stop is reached by the control element, but also when the control element is blocked.
  • a further development of the invention provides that the computing unit stores the measured values for assessing the error and monitors their change over time, provided certain operating conditions of the control element, in particular the temperature.
  • the measured values are in particular the measured current level or the measured time interval.
  • a warning function against errors can be activated, which is implemented in addition to the error function in the computing unit.
  • z. B. to think of contamination of the intake system by high exhaust gas recirculation rates. These can have a lasting effect on the function of switching flaps.
  • a warning function against errors component failure by timely replacement or cleaning of the intake system can be completely avoided. This not only represents a gain in safety, but also leads to more economical operation of the vehicle since downtimes are avoided.
  • operating conditions should be selected that occur as frequently as possible in order to enable regular measurement. This could e.g. B. an operating temperature of 30 ° C.
  • different operating conditions for the measurement It is only important that these are defined at the time of the measurement, that is to say the computing unit can evaluate the measured value in relation to the existing operating conditions.
  • the change in the measured values due to different operating conditions must then be observed by the computing unit. This can be done in the form of a stored mathematical relationship or in the form of a table of values.
  • an actuator with an electric motor for driving an actuator in an air-guiding structure of a motor vehicle is claimed.
  • an electronic computing unit is provided, which has the necessary connections to process either the current drawn by the electric motor or the switch-on time of the electric motor.
  • the computing unit also has at least one output for outputting an error. This can also be designed in such a way that further information about the type of error can be transmitted. This is possible in particular if the computing unit is part of the electronic management of the internal combustion engine.
  • Figure 1 shows the schematic structure of an intake system with actuator
  • Figure 2 shows the current drawn by the electric motor as a function of time as a diagram. Description of the embodiments
  • FIG. 10 An internal combustion engine 10 and an intake tract as an air-guiding structure 11 are shown schematically in FIG.
  • the intake tract has a throttle valve as the control element 12.
  • Other elements of the intake tract such as air filters or intake pipes are not shown.
  • the actuating element 12 is driven by an electric motor 13.
  • the electric motor has a voltage supply 14 with a switch 15.
  • the switch is actuated by a switching signal s, which comes from an engine management system 16.
  • the engine management determines the necessary throttle valve position depending on the operating state of the internal combustion engine 10.
  • the current level I of the electric motor 13 is processed in a computing unit 17. Furthermore, the computing unit 17 receives a time signal t from the engine management 16, an error signal f being able to be output to a control lamp 18 by evaluating the input signals mentioned. The indicator light is connected to an error output 19.
  • FIG. 2 shows possible current profiles I over the switch-on time t of the electric motor.
  • the switch-on period t 2 - ti and in the switch-off period t 4 - t 3 the current profile of several states is combined in a curve in order to simplify the illustration.
  • the switch-on time t 4 - ti is measured or the measurement period t 3 - t 2 is considered. The latter measuring method will be considered in more detail below.
  • curves A, A 'and A represent current profiles which are present at different temperatures, the current consumption decreasing as the temperature rises.
  • a lower limit current and an upper limit current can be used for the temperature range in which the internal combustion engine is operated
  • Determine the limit current l 2 the computing unit assuming a normal function of the actuating element within this range.
  • a measurement window 20 is thus defined by the time values t 3 and t 2 and the current values l 2 and, within which a normal function of the electric motor or the actuator can be determined. If malfunctions occur, the measured current I leaves the measuring window, whereby an error can be concluded.
  • Curve B results from a failure of the mechanical coupling of the electric motor and actuator.
  • the shaft of a throttle valve can break, causing the electric motor to no longer rotate the valve wings. Therefore, no resistance is opposed to the electric motor, so that it only requires an idling current.
  • This no-load current B lies below the defined measurement window 20 and is therefore output as an error.
  • a third possibility can e.g. B. arise with progressive contamination of the intake tract on the throttle valve. This makes it more difficult to move the throttle valve, so that current peaks D can occur during the switching time, which result from an increase in the resistance to rotation of the control element. These are also output as errors. It can be seen that an error can already be determined before the actuating element fails, as shown for case D.
  • Curve E is only intended to serve as an example.

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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Antrieb eines Stellelementes mit einem Elektromotor, insbesondere zur Verstellung einer Drosselklappe im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine. Es ist bekannt, die Stellung des Stellelementes mit Hilfe von Sensoren zu bestimmen, um z.B. Aussagen über Fehlfunktionen zu erhalten, die in der Motorsteuerung verwertet werden können. Allerdings sind Sensoren störanfällig, zumal ein zusätzlicher Komponentenaufwand entsteht. Gemäss der Erfindung soll daher der Motorstrom (I) über der Zeit (t) betrachtet werden. Solange sich der Strom innerhalb eines definierten Messfensters (20) befindet, arbeitet die Stelleinrichtung korrekt. Fehlfunktionen, dargestellt durch die Kurven B, C und D werden dadurch ermittelt, dass der Motorstrom (I) das Messfenster verlässt. Zur Ermittlung des Fehlers ist lediglich eine Recheneinheit notwendig, die den Fehler z.B. an die Motorsteuerung weitergibt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Antrieb eines Stellelementes in einem Kraftfahrzeug
Beschreibung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Antrieb eines Stellelementes mit einem Elektromotor in einer luftführenden Struktur eines Kraftfahrzeuges nach der Gattung des Patentanspruches 1.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist z. B. aus der EP 400 049 B1 bekannt. Dieses Dokument offenbart eine elektronische Drosselklappenstelleinrichtung, wobei die Drosselklappe das Stellelement darstellt. Diese wird von einem am Gehäuse befestigten Motor betrieben, wobei die Betätigung des Motors durch eine e- lektronische Steuerung erfolgt. Um befriedigende Stellergebnisse zu erlangen, benötigt die Steuerung ein Signal über die Drosselklappenstellung, die mit einem entsprechenden Sensor ermittelt wird. Als Sensoren kommen z. B. Schalter, Drehpotentiometer oder Hall-Sensoren in Frage.
Derartige Sensoren erhöhen die Kosten für die genannte Baugruppe. Außerdem treten am Einbauort im Motorraum starke Belastungen, hervorgerufen durch Vibration, Temperatur und Schmutz, auf, die zu einem Bauteilversagen des Sensors führen können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Antrieb eines Stellelementes mit einem Elektromotor in einer luftführenden Struktur eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, welches kostengünstig realisierbar ist und eine hohe Funktionszuverlässigkeit aufweist. Weiterhin ist die Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung zur Anwendung des beschriebenen Verfahrens. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 9 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Elektromotor zur Verstellung des Stellelementes von einer elektronischen Recheneinheit überwacht. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der durch den Elektromotor aufgenommene Strom über zumindest einen Teil der Einschaltzeit des Elektromotors betrachtet wird. Die Recheneinheit kann die Stromaufnahme des Motors auswerten und hieraus Aussagen für die Funktion des Stellelementes treffen.
Der vom Motor aufgenommene Strom kann einerseits durch Messung des aktuellen Stromniveaus (Stromstärke in Ampere) oder durch Integration des Stromniveaus ü- ber der Zeit, also den Stromverbrauch (z. B. in Amperesekunden) ermittelt werden. Die Auswertung erfolgt bevorzugt durch einen Digitalrechner. Es ist jedoch auch eine Schaltungsanordnung in Form eines Analogrechners denkbar.
Alternativ kann entsprechend dem Erfindungsgedanken durch die elektronische Recheneinheit auch die Einschaltzeit des Elektromotors betrachtet werden. Hierbei wird davon ausgegangen, daß der Elektromotor eine bestimmte Zeit zur Schaltung der Klappe benötigt. Abweichungen von dieser Zeit können als Fehler ausgewertet werden. Hierbei ist zu beachten, daß die Einschaltzeit zunächst auch von der Temperatur abhängig ist und in diesem Bereich eine Schwankungsbreite erlaubt sein muß. Eine Abweichung außerhalb dieser Schwankungsbreite kann z. B. dadurch zustande kommen, daß es z. B. durch Verschmutzung zu einer verlangsamten Schaltung der Schaltklappe oder sogar zum Blockieren kommt, so daß das Stelleiement nicht mehr vollständig geschaltet werden kann. Hierdurch vergrößert sich die Einschaltzeit in unzulässiger Weise, wodurch der Fehler erkannt wird.
In Kraftfahrzeugen liegen verschiedene luftführende Strukturen vor, in denen Stellelemente eingesetzt werden. Zunächst ist der Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zu nennen. Hier wird im allgemeinen eine Drosselklappe vorgesehen, welche auch als sog. E-Gas ausgeführt sein kann. In diesem Anwendungsfall ist eine stufenlose Verstellung der Drosselklappe vorgesehen, was z. B. durch Verwendung eines Schrittmotors erreicht werden kann. Luftführende Strukturen liegen aber auch im Bereich der Frischluftansaugung für die Fahrzeugkabine vor. Zum Zwecke einer Klimatisierung müssen hier Regelklappen geschaltet werden, die Kaltluft- und Warmluftströme vermischen sowie eine Adaption der Klimaanlage ermöglichen. Als Elektromotoren können herkömmliche Gleichstrommaschinen, Schrittmotoren oder auch Linearmotoren zum Einsatz kommen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der aufgenommene Strom des Elektromotors über einen definierten Zeitraum gemessen, wobei dieser Zeitraum derart nach einem Einschaltzeitpunkt beginnt, daß der beim Einschalten des Elektromotors entstehende Einschaltstrom bereits abgeklungen ist. Die Stromspitze des Einschaltstroms würde eine Auswertung des aufgenommenen Stroms am Elektromotor erschweren. Daher führt eine Nichtbetrachtung des Einschaltstroms zu einer Vereinfachung des Verfahrens und zu einer Steigerung der Funktionszuverlässigkeit.
Sowohl der aufgenommene Strom des Elektromotors als auch dessen Einschaltzeit lassen sich auf einfache Weise messen. Zusätzliche Sensoren zur Beurteilung der Funktion des Stellelementes sind nicht erforderlich. Hierdurch lassen sich die durch Vorsehen eines Sensors entstehenden Kosten einsparen. Gleichzeitig entfällt ein störanfälliges Bauteil, wodurch die Funktionszuverlässigkeit verbessert werden kann.
Auch die Endzeit der Messung des aufgenommenen Stroms kann von dem Abschaltzeitpunkt des Elektromotors getrennt werden. Durch eine Vorverlegung der Endzeit fließt auch der Abfall des aufgenommenen Stroms beim Abschalten des E- lektromotors nicht in die Messung ein. Auch durch diese Maßnahme läßt sich das Meßverfahren für eventuell auftretende Fehler vereinfachen, da ein Abfall des aufgenommenen Stroms am Elektromotor auch als Fehler gewertet werden könnte.
Durch eine Einengung des Meßintervalls für den aufgenommenen Strom des Elektromotors läßt sich also die durch die Recheneinheit realisierte Logik zur Ermittlung von Fehlern vereinfachen. Ein typisches Meßintervall für den aufgenommenen Strom kann z. B. der Zeitraum von 10 bis 500 Millisekunden nach Einschalten des Elektro- motors sein. In diesem Zeitintervall kann von einem stationären Betrieb des Elektromotors ausgegangen werden, so daß gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als Fehler eine Stromaufnahme des Elektromotors außerhalb eines bestimmten Bereiches gewertet werden kann. Eine unzulässige Erhöhung des Stromniveaus, also ein Verlassen des Bereiches nach oben, kann z. B. bedeuten, daß das Stellelement blockiert ist. Ein Unterschreiten des Bereiches liegt z. B. vor, wenn die mechanische Kopplung zwischen Stellelement und Elektromotor versagt, so daß der Elektromotor lediglich die dem Leerlaufstrom entsprechende Stromaufnahme aufweist. Schwankungen innerhalb des Bereiches können z. B. durch auftretende Temperaturunterschiede entstehen, da mit steigender Temperatur die Stromaufnahme des Elektromotors wächst.
Derartige Aussagen über den Betriebszustand des Elektromotors lassen sich auch treffen, wenn anstelle des Stromniveaus der Stromverbrauch des Motors ermittelt wird. Anstelle eines zulässigen Strombereichs wird dann ein zulässiger Bereich für den Stromverbrauch definiert. Die Definition derartiger Bereiche vereinfacht - wie erwähnt - die Auswertung der Meßwerte. Selbstverständlich kann die Auswertung auch ohne Beachtung eines bestimmten Bereiches erfolgen. Dabei wird der Verlauf des Stromverbrauches oder -niveaus überwacht, wobei bestimmte unzulässige Zustände durch die Recheneinheit erkannt werden. Hierdurch sind genauerer Aussagen über die Art der evtl. auftretenden Fehler möglich.
Die Ausgabe des Fehlers kann direkt an eine Ausgabeeinheit, z. B. eine Kontrollleuchte weitergegeben werden. Eine andere Möglichkeit liegt darin, die Fehlerausgabe mit dem Motormanagement zu verbinden, so daß eine Auswertung im Zusammenhang mit weiteren Motordaten erfolgen kann. Außerdem können die Ausgabeeinrichtungen des Motormanagements auch für die Ausgabe des durch die Recheneinheit ermittelten Fehlers verwendet werden. Insbesondere kann nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung die Recheneinheit in das elektronische Motormanagement integriert sein. Durch die Integration in ein elektronisches Gesamtsystem läßt sich die Wirtschaftlichkeit der erfinderischen Lösung steigern, da Komponenten eingespart werden können und der Programmieraufwand sinkt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Elektromotor ein Schrittmotor. In diesem Fall ist es notwendig, daß die Recheneinheit zusätzliche Informationen über den Betriebszustand des Schrittmotors erhält. Diese Zusatzinformationen werden durch die Recheneinheit ausgewertet, so daß entschieden werden kann, ob die gemessenen Werte hinsichtlich auftretender Fehler ausgewertet werden können oder nicht. Die gemessenen Werte können, wie bereits beschrieben, sowohl in der Messung des aufgenommenen Stroms des Elektromotors als auch in der Messung der Einschaltzeit liegen. Der zur Verwendung kommende Schrittmotor kann jedoch auch für kleinere Bewegungen des Stellelementes genutzt werden, so daß in diesen Fällen kein genügend langer Einschaltzeitraum vorliegt, um Aussagen über eventuelle Fehlfunktionen zu treffen. In diesen Fällen entfällt eine Auswertung. Ein evtl. auftretender Fehler wird dann im nächsten Schaltintervall erkannt, wenn Aussagen hierüber möglich sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Stellelement so ausgeführt, daß es einen Anschlag aufweist. Das Anfahren des Stellelementes an diesen Anschlag wird durch die Recheneinheit zur Bestimmung der genauen Position des Stellelements genutzt, da die Berührung des Stellelementes am Anschlag eine definierte Stellung bedeutet. Das Anfahren des Anschlags kann durch die Recheneinheit z. B. dadurch erkannt werden, daß die Stromzufuhr zum Motor erst kurz nach Anschlagen des Stellelementes abgeschaltet wird. Daraus folgt ein kurzzeitiger Anstieg des Stromes durch Blockieren des Motors, der als Signal für das Erreichen des Anschlages genutzt werden kann. Um auszuschließen, daß das Erreichen des Anschlags mit einer Fehlfunktion verwechselt wird, die ebenfalls zu einem Anstieg des Stroms führen kann, kann die Recheneinheit gleichzeitig überprüfen, ob beim nächsten auswertbaren Funktionsintervall des Elektromotors kein Stromanstieg mehr auftritt. Ein Fehler wird nur ausgegeben, wenn sich der Stromanstieg wiederholt.
Insbesondere bei Verwendung eines Schrittmotors kann durch die Überprüfung des Anschlages in regelmäßigen Abständen überprüft werden, ob der Schrittmotor die gewünschten Positionen des Stellelementes noch anfährt. Hierdurch kann vermieden werden, daß eine Verstellung des Stellelementes erfolgt, die durch Fehlfunktionen des Schrittmotors auftreten kann. Auch diese Überprüfung wird normalerweise durch Lagesensoren ermittelt, die entsprechend des Erfindungsgedankens eingespart werden können.
Aber auch bei konventionellen Motoren kann die Überprüfung des Anschlages sinnvoll sein. Hierdurch ergibt sich z. B. ein Überlastschutz, der nicht nur bei Erreichen des Anschlages durch das Stellelement aktiviert wird, sondern auch, wenn es zu einer Blockierung des Stellelementes kommt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Recheneinheit unter der Voraussetzung bestimmter Betriebsbedingungen des Stellelementes, insbesondere der Temperatur, die gemessenen Werte zur Beurteilung des Fehlers abspeichert und deren Veränderung im Laufe der Zeit überwacht. Die gemessenen Werte sind insbesondere das gemessene Stromniveau oder das gemessene Zeitintervall. Für den Fall, daß sich im Laufe der Zeit z. B. durch Verschleiß der Stelleinrichtung oder durch Verschmutzung der luftführenden Struktur eine Veränderung der Meßwerte ergibt, kann eine Warnfunktion vor Fehlern aktiviert werden, die neben der Fehlerfunktion in der Recheneinheit realisiert ist. Hierbei ist z. B. an eine Verschmutzung des Ansaugsystems durch hohe Abgasrückführraten zu denken. Diese können die Funktion von Schaltklappen nachhaltig beeinflussen. Durch Ausgabe einer Warnfunktion vor Fehlern wird erreicht, daß ein Bauteilversagen durch rechtzeitigen Austausch bzw. Reinigen des Ansaugsystems vollständig vermieden werden kann. Dieses stellt nicht nur einen Sicherheitsgewinn dar, sondern es führt auch zu einem wirtschaftlicheren Betrieb des Fahrzeugs, da Ausfallzeiten vermieden werden.
Um einen einfachen Vergleich der Veränderung der Meßwerte zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, immer dieselben definierten Betriebsbedingungen für die Sammlung der Werte zu nutzen. Hierbei sollten Betπebsbedingungen gewählt werden, die möglichst häufig auftreten, um eine regelmäßige Messung zu ermöglichen. Dies könnte z. B. eine Betriebstemperatur von 30 ° C sein. Es ist jedoch auch möglich, unterschiedliche Betriebsbedingungen zur Messung heranzuziehen. Wichtig ist nur, daß diese im Augenblick der Messung definiert sind, also die Recheneinheit den Meßwert in Bezug auf die vorliegenden Betriebsbedingungen auswerten kann. Die Veränderung der Meßwerte aufgrund unterschiedlicher Betriebsbedingungen müssen dann jedoch durch die Recheneinheit beachtet werden. Dies kann in Form eines abgelegten mathematischen Zusammenhanges oder in Form einer Wertetabelle erfolgen.
Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens wird ein Stellantrieb mit einem E- lektromotor zum Antrieb eines Stellelementes in einer luftführenden Struktur eines Kraftfahrzeuges beansprucht. Zur Überwachung des Elektromotors ist eine elektronische Recheneinheit vorgesehen, die die notwendigen Anschlüsse aufweist, um entweder den vom Elektromotor aufgenommenen Strom oder die Einschaltzeit des E- lektromotors zu verarbeiten. Die Recheneinheit weist weiterhin zumindest einen Ausgang zur Ausgabe eines Fehlers auf. Dieser kann auch derart gestaltet sein, daß weitere Informationen über die Art des Fehlers übermittelt werden können. Dies ist insbesondere möglich, wenn die Recheneinheit Teil des elektronischen Managements der Brennkraftmaschine ist.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Hierbei zeigen
Figur 1 den schematischen Aufbau einer Ansauganlage mit Stellelement und
Recheneinheit und
Figur 2 den aufgenommenen Strom des Elektromotors in Abhängigkeit von der Zeit als Diagramm. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 und ein Ansaugtrakt als luftführende Struktur 11 schematisch dargestellt. Der Ansaugtrakt weist als Stellelement 12 eine Drosselklappe auf. Weitere Elemente des Ansaugtraktes wie Luftfilter oder Saugrohr sind nicht dargestellt.
Das Stellelement 12 wird durch einen Elektromotor 13 angetrieben. Der Elektromotor weist eine Spannungsversorgung 14 mit einem Schalter 15 auf. Der Schalter wird über ein Schaltsignal s betätigt, welches von einem Motormanagement 16 kommt. Das Motormanagement ermittelt die notwendige Drosselklappenstellung in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10.
Das Stromniveau I des Elektromotors 13 wird in einer Recheneinheit 17 verarbeitet. Weiterhin erhält die Recheneinheit 17 ein Zeitsignal t vom Motormanagement 16, wobei durch Auswertung der genannten Eingangssignale ein Fehlersignal f an eine Kontrollleuchte 18 ausgegeben werden kann. Die Kontrollleuchte ist an einem Fehlerausgang 19 angeschlossen.
In Figur 2 sind mögliche Stromverläufe I über der Einschaltzeit t des Elektromotors dargestellt. Im Einschaltzeitraum t2 - ti und im Ausschaltzeitraum t4 - t3 ist der Stromverlauf mehrerer Zustände in einer Kurve zusammengefaßt, um die Darstellung zu vereinfachen. Je nach verwandtem Meßverfahren wird entweder die Einschaltzeit t4 - t-i gemessen oder der Meßzeitraum t3 - t2 betrachtet. Das letztere Meßverfahren soll im folgenden noch näher betrachtet werden.
Innerhalb des Meßzeitraumes stellen die Kurven A, A' und A" Stromverläufe dar, die bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegen, wobei bei steigender Temperatur die Stromaufnahme sinkt. Damit läßt sich für den Temperaturbereich, in dem die Brennkraftmaschine betrieben wird, ein unterer Grenzstrom und ein oberer Grenzstrom l2 bestimmen, wobei innerhalb dieses Bereiches die Recheneinheit von einer normalen Funktion des Stellelementes ausgeht. Durch die Zeitwerte t3 und t2 und die Stromwerte l2 und wird also ein Meßfenster 20 definiert, innerhalb dessen eine Normalfunktion des Elektromotors bzw. des Stellantriebs festgestellt werden kann. Treten Fehlfunktionen auf, so verläßt der gemessene Strom I das Meßfenster, wodurch auf einen Fehler geschlossen werden kann. Hierzu seien exemplarisch folgende Beispiele genannt. Die Kurve B resultiert aus einem Versagen der mechanischen Kopplung von Elektromotor und Stellelement. Z. B. kann die Welle einer Drosselklappe brechen, wodurch der Elektromotor die Klappenflügel nicht mehr dreht. Daher wird dem Elektromotor kein Widerstand entgegengesetzt, so daß dieser nur einen Leerlaufstrom benötigt. Dieser Leerlaufstrom B liegt unterhalb des definierten Meßfensters 20 und wird daher als Fehler ausgegeben.
Ein anderer Fehler kann aus dem Blockieren des Stellelementes resultieren. Der daraus resultierende Strom entspricht oder übertrifft sogar den Einschaltstrom. Er ist durch die Kurve C dargestellt und liegt eindeutig oberhalb des Meßfensters.
Eine dritte Möglichkeit kann z. B. bei fortschreitender Verschmutzung des Ansaugtraktes an der Drosselklappe entstehen. Die Drosselklappe läßt sich dadurch schwerer bewegen, so daß es während der Schaltzeit zu Stromspitzen D kommen kann, die aus einer Erhöhung des Verdrehwiderstandes des Stellelementes resultieren. Auch diese werden als Fehler ausgegeben. Es zeigt sich, daß ein Fehler bereits festgestellt werden kann, bevor das Stellelement versagt, wie für den Fall D dargestellt.
Im Diagramm gemäß Figur 2 ist jedoch noch eine weitere Funktion dargestellt. Diese ist durch eine Erkennung des Erreichen eines Anschlages des Stellelementes realisiert. Sobald das Stellelement den Anschlag erreicht, steigt der Strom auf das Niveau der Kurve C, da das Stellelement nicht mehr weiterbewegt werden kann. Diese Information kann von der Recheneinheit als Signal gewertet werden, den Elektromotor sofort abzuschalten. Hierdurch wird erreicht, daß das Stellelement immer seine vorschriftsgemäße Stellung am Anschlag einnimmt. Im Falle einer Drosselklappe kann hierdurch z. B. ein dichtes Schließen erreicht werden. Der Strom am Anschlag ist durch die Kurve E dargestellt. Im letztgenannten Fall muß verhindert werden, daß die Recheneinheit im Falle der Kurve E einen Fehler ausgibt. Dies kann dadurch vermieden werden, daß ein Fehler nur ausgegeben wird, wenn der Elektromotor sofort nach dem Einschalten das Niveau von Kurve C erreicht. Ist hingegen der Motorstrom zunächst im Meßfenster 20 und erreicht kurz vor Erreichen der Zeit T3 das Stromniveau von Kurve E, so wird kein Fehler ausgegeben.
Weitere Fehlfunktionen können durch entsprechende Softwarerealisierung der Recheneinheit, die bestimmte Stromniveaus erkennt, ermittelt werden. Hierfür soll die Kurve E nur als Beispiel dienen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Antrieb eines Stellelementes (12) mit einem Elektromotor (13) in einer luftführenden Struktur (11 ) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Elektromotor (13) von einer elektronischen Recheneinheit (17) überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Elektromotor aufgenommene Strom über zumindest einen Teil der Einschaltzeit des Elektromotors betrachtet und durch die Recheneinheit ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der aufgenommene Strom über einen definierten Zeitraum t3 - t2 gemessen wird, welcher zu einem derart definierten Zeitpunkt t nach Einschaltzeitpunkt ti des Elektromotors (13) beginnt, daß der Zeitpunkt t2 hinter dem Abklingen des Einschaltstromes des E- lektromotors liegt.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endzeit t3 der Messung derart vor dem Abschaltzeitpunkt t des Elektromotors (13) liegt, daß der Abfall des aufgenommenen Stromes beim Abschalten des Elektromotors nicht in die Messung einfließt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemessene Stromaufnahme des Elektromotors (13) im stationären Betrieb außerhalb eines Bereiches l2 - h als aufgetretener Fehler gewertet und ausgegeben wird.
5. Verfahren zum Antrieb eines Stellelementes (12) mit einem Elektromotor (13) in einer luftführenden Struktur (11 ) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Elektromotor (13) von einer elektronischen Recheneinheit überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Elektromotor für die Betätigung des Stellelementes benötigte Einschaltzeit t4 - ti des Elektromotors betrachtet und durch die Recheneinheit ausgewertet wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) ein Schrittmotor ist, wobei die Recheneinheit (17) zusätzlich Informationen über den Betriebszustand des Schrittmotors erhält, mit deren Hilfe entschieden wird, ob die gemessenen Werte hinsichtlich auftretender Fehler ausgewertet werden, oder nicht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahren des Stellelementes (12) an einen Anschlag durch die Recheneinheit (17) zur Bestimmung der genauen Position des Stellelementes genutzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (17) die bei definierten Betπebsbedingungen gemessenen Werte zur Beurteilung eines Fehlers speichert und deren Veränderung im Laufe der Zeit für eine Warnfunktion vor Fehlern nutzt.
9. Stellantrieb mit einem Elektromotor (13) zum Antrieb eines Stellelementes (12) in einer luftführenden Struktur (11 ) eines Kraftfahrzeugs wobei zur Überwachung des Elektromotors eine elektronische Recheneinheit (17) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Recheneinheit (17) zur Anwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.
10. Stellantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit Teil des elektronischen Motormanagements der Brennkraftmaschine ist.
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