Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist z. B. aus der EP 400 049 B1 be- kannt. Dieses Dokument offenbart eine elektronische Drosselklappenstelleinrichtung, wobei die Drosselklappe das Stellelement darstellt. Diese wird von einem am Ge- häuse befestigten Motor betrieben, wobei die Betätigung des Motors durch eine e- lektronische Steuerung erfolgt. Um befriedigende Stellergebnisse zu erlangen, benö- tigt die Steuerung ein Signal über die Drosselklappenstellung, die mit einem entspre- chenden Sensor ermittelt wird. Als Sensoren kommen z. B. Schalter, Drehpotentio- meter oder Hall-Sensoren in Frage.

Derartige Sensoren erhöhen die Kosten für die genannte Baugruppe. Außerdem treten am Einbauort im Motorraum starke Belastungen, hervorgerufen durch Vibrati- on, 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 Funktionszuverlässig- keit aufweist. Weiterhin ist die Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung zur Anwendung des beschriebenen Verfahrens. Diese Aufgabe wird durch die Merk- male 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 Aussa- gen 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 Re- cheneinheit 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 wer- den. Hierbei ist zu beachten, daß die Einschaltzeit zunächst auch von der Tempera- tur 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 Stellelement 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 Stell- elemente 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 Be- reich der Frischluftansaugung für die Fahrzeugkabine vor. Zum Zwecke einer Klima- tisierung müssen hier Regelklappen geschaltet werden, die Kaltluft-und Warmluft- ströme vermischen sowie eine Adaption der Klimaanlage ermöglichen. Als Elektro- motoren können herkömmliche Gleichstrommaschinen, Schrittmotoren oder auch Linearmotoren zum Einsatz kommen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der aufgenommene Strom des Elekt- romotors 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 Einschalt- stroms würde eine Auswertung des aufgenommenen Stroms am Elektromotor er- schweren. Daher führt eine Nichtbetrachtung des Einschaltstroms zu einer Vereinfa- chung 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 Ab- schaltzeitpunkt 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 aufge- nommenen Stroms am Elektromotor auch als Fehler gewertet werden könnte.

Durch eine Einengung des Meßintervalls für den aufgenommenen Strom des Elekt- romotors 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 Elektro- motors ausgegangen werden, so daß gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als Fehler eine Stromaufnahme des Elektromotors außerhalb eines bestimmten Berei- ches gewertet werden kann. Eine unzulässige Erhöhung des Stromniveaus, also ein Verlassen des Bereiches nach oben, kann z. B. bedeuten, daß das Stellelement blo- ckiert 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. Schwan- kungen innerhalb des Bereiches können z. B. durch auftretende Temperaturunter- schiede entstehen, da mit steigender Temperatur die Stromaufnahme des Elektro- motors 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 Zu- stände durch die Recheneinheit erkannt werden. Hierdurch sind genauerer Aussa- gen über die Art der evtl. auftretenden Fehler möglich.

Die Ausgabe des Fehlers kann direkt an eine Ausgabeeinheit, z. B. eine Kontroll- leuchte weitergegeben werden. Eine andere Möglichkeit liegt darin, die Fehlerausga- be mit dem Motormanagement zu verbinden, so daß eine Auswertung im Zusam- menhang mit weiteren Motordaten erfolgen kann. Außerdem können die Ausgabe- einrichtungen des Motormanagements auch für die Ausgabe des durch die Rechen- einheit ermittelten Fehlers verwendet werden. Insbesondere kann nach einer beson- deren Ausgestaltung der Erfindung die Recheneinheit in das elektronische Motorma- nagement 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 ge- messenen Werte hinsichtlich auftretender Fehler ausgewertet werden können oder nicht. Die gemessenen Werte können, wie bereits beschrieben, sowohl in der Mes- sung 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 Fäl- len kein genügend langer Einschaltzeitraum vorliegt, um Aussagen über eventuelle Fehifunktionen zu treffen. In diesen Fällen entfällt eine Auswertung. Ein evtl. auftre- tender Fehler wird dann im nächsten Schaltintervall erkannt, wenn Aussagen hier- über 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 ge- nutzt 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 auswertba- ren 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 wer- den können.

Aber auch bei konventionellen Motoren kann die Überprüfung des Anschlages sinn- voll 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 ei- ner Blockierung des Stellelementes kommt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Recheneinheit unter der Voraus- setzung 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 insbe- sondere 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 Ansaug- systems durch hohe Abgasrückführraten zu denken. Diese können die Funktion von Schaltklappen nachhaltig beeinflussen. Durch Ausgabe einer Warnfunktion vor Feh- lern wird erreicht, daß ein Bauteilversagen durch rechtzeitigen Austausch bzw. Rei- nigen des Ansaugsystems vollständig vermieden werden kann. Dieses stellt nicht nur einen Sicherheitsgewinn dar, sondern es führt auch zu einem wirtschaftlicheren Be- trieb 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 Betriebsbedingungen 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, unterschiedli- che Betriebsbedingungen zur Messung heranzuziehen. Wichtig ist nur, daß diese im Augenblick der Messung definiert sind, also die Recheneinheit den Meßwert in Be- zug 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 ma- thematischen 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 elektroni- sche Recheneinheit vorgesehen, die die notwendigen Anschlüsse aufweist, um ent- weder den vom Elektromotor aufgenommenen Strom oder die Einschaltzeit des E- lektromotors zu verarbeiten. Die Recheneinheit weist weiterhin zumindest einen Aus- gang 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 Manage- ments der Brennkraftmaschine ist.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen her- vor, 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 er- läutert. 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 Abhän- gigkeit 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 Feh- lerausgang 19 angeschlossen.

In Figur 2 sind mögliche Stromverläufe I über der Einschaltzeit t des Elektromotors dargestellt. Im Einschaltzeitraum t2-t1 und im Ausschaltzeitraum t4-t3 ist der Strom- verlauf mehrerer Zustände in einer Kurve zusammengefaßt, um die Darstellung zu vereinfachen. Je nach verwandtem Meßverfahren wird entweder die Einschaltzeit t4- t1 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 Brenn- kraftmaschine betrieben wird, ein unterer Grenzstrom 11 und ein oberer Grenzstrom 12 bestimmen, wobei innerhalb dieses Bereiches die Recheneinheit von einer normalen Funktion des Stellelementes ausgeht.

Durch die Zeitwerte t3 und t2 und die Stromwerte 12 und 11 wird also ein Meßfenster 20 definiert, innerhalb dessen eine Normalfunktion des Elektromotors bzw. des Stellan- triebs 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 Klappen- flügel nicht mehr dreht. Daher wird dem Elektromotor kein Widerstand entgegenge- setzt, 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 Ansaug- traktes an der Drosselklappe entstehen. Die Drosselklappe läßt sich dadurch schwe- rer 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 darge- stellt.

Im Diagramm gemäß Figur 2 ist jedoch noch eine weitere Funktion dargestellt. Diese ist durch eine Erkennung des Erreichen eines Anschlages des Stellelementes reali- siert. Sobald das Stellelement den Anschlag erreicht, steigt der Strom auf das Niveau der Kurve C, da das Stellelement nicht mehr weiterbewegt werden kann. Diese In- formation 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 Ni- veau 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 Re- cheneinheit, die bestimmte Stromniveaus erkennt, ermittelt werden. Hierfür soll die Kurve E nur als Beispiel dienen.