CN110099531A - 电子控制设备 - Google Patents

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CN110099531A CN201910079017.3A CN201910079017A CN110099531A CN 110099531 A CN110099531 A CN 110099531A CN 201910079017 A CN201910079017 A CN 201910079017A CN 110099531 A CN110099531 A CN 110099531A
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弗洛里安·波尔
卢卡·舍茨莱恩
斯特凡·穆茨尔
约翰尼斯·施特莱恩
迈克·吕姆勒
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Abstract

一种电子控制设备(1)，其用于机动车中并且具有用于容纳包括电路板(5)的电子器件(3)的电子器件壳体(2)和电容式传感器(16)。电容式传感器(16)包括至少一个布置在电子器件壳体(2)内部的电容式传感器电极(20)以及控制单元(18)，控制单元设立用于检测和评估在传感器电极(20)处截取的电容测量量(C传感器)。控制单元(18)设立用于，在检测到的电容测量量(C传感器)或电容测量量与正常值的偏差满足用于表征水(22)或其他导电的或绝缘的液体存在于电子器件壳体(2)中的触发标准时，输出触发信号。

Description

电子控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于在机动车中应用的电子控制设备。本发明还涉及一种包括电子控制设备的机动车。
背景技术
在机动车中，通常借助电子控制设备操控各种(电动)马达。控制设备典型地包括容纳(尤其是封装或浇注)在电子器件壳体中的功率电子器件。这些电子控制设备例如被分配给用于自动调节车辆部件(例如车盖、车门、座椅等)的调节马达或通风装置的马达。
风扇马达的控制设备通常直接(在没有布置在中间的控制设备、车辆点火锁或其他开关的情况下)悬挂到车辆电池上，并且因此持久地连接到电压源。这在现代风扇马达中尤其必要，因为风扇经常要在车辆关断后(例如，通过拔出点火钥匙)继续运转一定时间。
在风扇马达的控制设备中，液体/水侵入到电子器件壳体中是特别成问题的。由于马达操控部无关断可能性地直接与电池电压连接，在由水造成短路的情况下有时会有高电流流动，由此，甚至当车辆未运行时，在最坏的情况下会发生电子器件的起火以及可能的整个车辆起火。
但是，侵入水不一定会触发短路。更确切地说，水也可能导致电子器件的部分功能失效，这尤其是难以识别的。尤其是，水也会引起缓慢发生的长期损害，例如由于导体面的腐蚀所造成的长期损害。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于车辆的电子控制设备，其确保特别安全的运行。
该任务通过权利要求1的特征实现。本发明的优点和部分本身具有创造性的设计方式以及改进方案在从属权利要求和以下说明书中阐述。
根据本发明的用于在机动车中使用的控制设备包括用于容纳电子器件的电子器件壳体和电容式传感器，该电子器件包括电路板。特别地，电子器件包括至少一个功率电子构件。电容式传感器包括至少一个电容式传感器电极和控制单元，该电容式传感器电极布置在电子器件壳体内，该控制单元设立用于检测和评估在传感器电极处截取的电容测量量。在这种情况下，控制单元设立用于：在检测到的电容测量量或其与正常值的偏差满足用于表征水存在于电子器件壳体中的触发标准时，输出触发信号。待探测的水可以例如作为液体积聚物(例如，液滴或水洼)，作为沉积在电子器件壳体中的表面上的湿气膜或作为空气湿气(水蒸气)存在。附加地或替选地，控制单元在本发明的范围中也可以设立用于探测其他的导电的或绝缘的液体。
换句话说，电子控制设备设立用于，借助电容测量识别出侵入到电子器件壳体中的水，其方式为，电容式传感器，但是至少是电容式传感器的传感器电极布置在电子器件壳体内部。基于如下方式来探测侵入的水，即，传感器电极相对于大地或两个传感器电极彼此间用作电容器，该电容器分配有可测量的电气式电容，其中，在一个(或多个)传感器电极附近的水影响该可测量的电容。
根据本发明的控制设备可以通过边际额外耗费来确定可能进入到电子器件壳体中的水并采取适当的措施。作为示例但不限制于此地，当确认了水进入时，电子器件被停用或者向车辆用户发出警告指示(“车间报到”)。
在一种能特别简单和不耗费地施行并且因此优选的实施方式中，电容测量通过电荷转移方法来进行。在这种情况下特别优选的是，在控制设备中本就存在的模数转换器(Analog-to-Digital-Converter；ADC)的采样和保持电路的电容器用作参考电容器。在这种情况下，不设置通常在电荷转移电路的情形中存在的外部参考电容器，从而可以有利地实现本发明的控制设备而无需配备额外的电子部件。
替选地，在电荷转移方法的框架中使用外部参考电容器。
在另一替选方案中，通过阻抗测量来进行对传感器电容的测量，其中，传感器电极被加载交流电压，其中，电容测量直接或间接地基于对交流电阻(阻抗)的测量。为此，例如使用集成电路。
另外，还可以替选地使用其他电容测量的方法。
在一种实施方式中，控制设备包括一个或多个传感器电极，所述传感器电极布置在电子控制设备的电路板上。
如果控制设备包括多个电容式传感器电极，则它们的测量值优选地在逻辑与门电路和/或逻辑或门电路中彼此结合。与门电路有利地能够实现特别高的误差抑制(由错误而引起的触发)，而或门电路则能够实现特别高的识别概率。组合也是可能的。
作为示例而非限制，一个传感器电极(或多个传感器电极)按如下方式布置在电路板上：
-传感器电极(测量点)处于按规定的最低的电路板位置附近。
-多个传感器电极(测量点)布置在不同位置。
-一个/多个传感器电极(测量点)以很大程度在电路板上延伸以覆盖相对较大的区域，从而在控制设备的不同装入位置的情况下都可靠地识别出侵入的水。
多个传感器电极可以位于一个共同的电路板侧(在必要时具有相对的接地面以进行屏蔽)或位于板的相对置的面侧上。在优选实施方式中，该传感器电极或每个传感器电极布置在电路板的边缘上。
电容性传感器在本发明的框架中可选地根据单电极布置(测量相对于地的电容)或双电极布置(发射器-接收器测量)来实现。
在一种实施方式中，控制设备的电子器件壳体是完全或部分地由导电材料制成的并用作在这种情况下的至少两个电容式传感器中的一个。壳体在这种情况下例如通过螺钉与电子器件接触。
在一种实施方式中，控制单元被设立用于：仅在可信度检验持续为正时才输出触发信号。例如，仅在特定的最小时间段内持续地识别到水进入时才触发触发信号。
在一种优选实施方式中，控制单元本身或另一控制单元设立用于，根据触发信号
-将控制设备置于紧急运行中(马达或电子器件的紧急运转)，
-停用控制设备的电子器件(尤其是通过存在的可切换的极性反转保护器来停用电子器件)，
-促成电子器件的短路以便触发所配属的保险装置(通过有意地产生电子器件内的短路触发本就存在的具有大的额定值的保险装置，从而进入安全状态)，并且/或者
-向车辆用户输出指示(例如，要求车辆用户将车辆带到车间服务处，尤其是以便更换控制设备)。
上述极性反转保护器是在电子器件的接头反转极性(正负互换)时防止电子器件损坏的构件。代替被动式的极性反转保护器(二极管)，经常使用可切换的极性反转保护器(半导体开关，例如MOSFET)。在上述实施例中，这种可切换的极性反转保护器用作电子器件的紧急切断器。
在一种能相对不耗费地实现的实施方式中，该传感器电极或每个传感器电极实施为构造在电路板上的导体迹线。导体迹线尤其是细长/伸长地、面式地或曲折形地构造。
在一种优选实施方式中，控制单元设立用于，
-在电子器件的操控暂停中以便避免干扰地，
-在睡眠模式中通过循环轮询，
-仅在激活模式下和通电后，并且/或者
-仅在电子器件通电的情况下以便避免干扰地
对电容测量进行检测。
根据本发明的控制设备特别优选地用于操控车辆中的风扇马达。然而，在本发明的框架内，其他用途也是可能的。
根据本发明的车辆包括根据以上描述的根据本发明的控制设备。
本发明的另一主题是对电容式传感器的应用，用以识别出水或其他导电的或绝缘的液体进入到使用在机动车中的电子控制设备的电子器件壳体中。
附图说明
以下参考附图详细地阐述本发明的实施例。其中：
图1以示意图示出具有电子器件壳体的电子控制设备的第一实施方式，在该电子器件壳体中容纳有包括电路板的电子器件和包括传感器电极的电容式传感器；
图2以示意图示出了根据图1的传感器，其中，使用电荷转移电路以便检测传感器电容，其中，将模数转换器的采样和保持环节的电容器用作参考电容器；
图3至图5分别以不同实施方式示出了根据图1的电子器件；
图6以根据图1的视图示出控制设备的第二实施方式，其中，电子器件壳体由导电材料制成并且用作电容式传感器的两个传感器电极中的一个。
在所有附图中，彼此相应的部件和参量始终设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1以粗略示意性的俯视图示出了根据第一实施方式的用于机动车的电子控制设备1。控制设备1例如用作车辆的风扇马达的马达控制部。
控制设备1包括电子器件壳体2以及电子器件3，电子器件容纳在由电子器件壳体2包围的壳体内部空间4中。
电子器件3用于操控风扇马达。电子器件3包括电路板5，微控制器10安装在电路板上。通过微控制器10施行第一(马达)控制单元12，用于操控风扇马达。此外，电子器件3还包括安装在电路板5上的电子构件14。任选地，至少一个构件14为电子功率构件，例如MOSFET。
为了针对侵入的水保护电子器件3而监控电子器件壳体2，控制设备1还包括电容式传感器16。传感器16包括(传感器)控制单元18和电容性传感器电极20。在示出的实施例中，传感器16的控制单元18同样由微控制器10实现。从图示中可以看出那样，传感器电极20由面式延展的电导体形成，例如金属箔。传感器电极20安装在电路板5上的如下部位处，即，其在控制设备1按规定的安装情况下处在控制设备的最靠下的端部上。如果-如在附图中所示那样-水22(通常是液体或湿气)侵入到电子器件壳体2中，则水积聚在电子器件壳体2中的传感器电极20的区域中。
电容式传感器16用于探测潜在地侵入电子器件壳体2中的水22，并在探测时输出触发信号。探测所基于的是，侵入水22引起传感器电容变化。控制单元18被相应地设立用于，将在传感器电极20上截取的电容测量值C传感器与在没有水存在下在传感器电极20测得的存储的标准值进行比较。控制单元18进一步设立用于，当电容测量值C传感器与标准值的偏差超过作为触发标准所确定的阈值时输出触发信号。例如，当检测到的电容测量值C传感器比在没有水的情况下测得的标准值的130％更高时，输出触发信号。为了减少由于漂移或制造公差造成的误触发的概率，替选地当检测到的电容测量值C传感器比在没有水的情况下测得的标准值的150％更高时，输出触发信号。在电极面积大并且因此电容式传感器的基本电容高的情况下，替选地当检测到的电容测量值C传感器比在没有水的情况下测得的标准值的110％更高时，输出触发信号。
在此，如以下参考图2阐述的那样，按电荷转移方法进行电容测量。图2以详细视图示出电容式传感器16(具体而言是微控制器10)和传感器电极20。微控制器10包括模数转换器30(ADC)，其具有多路复用器32，具有采样和保持环节34(采样和保持环节本身具备带有固定的参考电容CS的参考电容器36)，并具有用于数字式电压测量的转换环节38。模数转换器30具有多个输入端40，它们通过多路复用器32循环轮询。在输入端40的其中一个上联接有传感器电极20。
在传感器16的运行期间，按如下方式检测传感器电极20的电容C传感器：
1.将传感器引脚切换为输出高电平：
C传感器充电至+5V。
2.将传感器引脚切换到高阻(三态)：
C传感器保持以Q＝U*C传感器充电。
3.将传感器引脚切换到AD转换器：
微控制器10将参考电容CS放电至0伏；多路复用器32选择通道，借助采样和保持环节34实现扫描，在此，在两个电容之间补偿传感器电容上的电荷：U采样＝Q/(C传感器+CS)。
4.转换扫描的电压。
5.通过简单的算术运算从电压的数字值确定电容。
为了实现电荷转移电路，在此如所示的那样仅使用本就已经是电子控制设备1的组成部分的电子部件，由此尤其不耗费地实现了所期望的液体探测。在未示出的替选方案中，代替属于样本和保持环节34的参考电容器36，设置外部参考电容器。
图3至图5分别以详细视图示出了根据图1的控制设备1的电子器件3，其中示出了关于传感器电极20的布置方面的不同实施方式。根据图3，面式的传感器电极20处在微控制器10附近，以便尤其是实现在该区域中的湿气监控。
根据图4，控制设备1包括例如两个传感器电极20(替选地多于两个传感器电极)，它们布置在电路板5的相反的角部中。由此，无论控制设备1的安装在怎样的装入位置，都可以对侵入水进行提前识别。
根据图5，传感器电极20面式和细长地延展为带并且以例如沿电路板5的面对角线的方式跨越电路板3。在此情况下的，可以与装入位置无关地提前识别侵入水。
在此于未明确示出的实施例中，电容式传感器16包括布置在电路板5上的根据双电极原理联接的两个传感器电极20。这里，在传感器16运行中，一个传感器电极20被设立为发射电极，而另一传感器电极20被设立为接收电极。
图6示出了电子控制设备1的替选实施方式，其大致对应于根据图1的实施方式。在根据图6的实施方式中，电子器件壳体2由导电材料制成。电子器件壳体2例如由压铸的铝制造。控制设备1在此一方面包括(类似于根据图1的实施方式地)布置在电路板5的靠下的角部中的传感器电极20。然而在此附加地，电子器件壳体2用作第二传感器电极20。电子器件壳体2为了进行电容检测借助连接部60与微控制器10导电连接，具体地说与控制单元18导电连接。在这种情况下，传感器16再次根据双电极原理实施。
与实施方式无关地，控制单元18尤其被设立用于为仅在进行了可信度检验并且已经被评估为正的情况下输出触发信号。例如，仅当在确定时间段内持续超过上述阈值时才触发触发信号。
根据触发信号，控制单元18本身但优选地上级的控制单元引起：
-将控制设备1置于紧急运行中(马达或电子器件的紧急运转)，
-停用控制设备1的电子器件3(尤其是通过存在的可切换的极性反转保护器来停用电子器件3)，
-有意地产生电子器件3的短路(尤其是通过本来存在的电子功率构件，例如马达操控部的MOSFET)，以便触发配属的保险装置(尤其是通过有意地产生电子器件3内的短路来触发本来存在的具有大的额定值的保险装置，从而进入安全状态)，和/或
-向车辆用户输出指示(例如，借助座舱中的警告灯要求车辆用户将车辆带到车间服务部，尤其是以便更换控制设备1)。
本发明尤其是在上述实施例中得以阐明，但不限于这些实施例。相反地，本发明的其他实施例可以从权利要求和前面的说明书中推导出。
附图标记列表
1 控制设备
2 电子器件壳体
3 电子器件
4 壳体内部空间
5 电路板
10 微控制器
12 (马达)控制单元
14 构件
16 (电容式)传感器
18 (传感器)控制单元
20 传感器电极
22 水
30 模数转换器
32 多路复用器
34 采样和保持环节
36 参考电容器
38 转换环节
40 输入部
60 连接部
CS 参考电容
C传感器 电容测量值

Claims (10)

1.一种用于在机动车中使用的电子控制设备(1)，所述电子控制设备具有用于容纳包括电路板(5)的电子器件(3)的电子器件壳体(2)，和电容式传感器(16)，
所述电容式传感器带有
-布置在所述电子器件壳体(2)内部的至少一个电容式传感器电极(20)，以及
-控制单元(18)，所述控制单元设立用于检测和评估在传感器电极(20)处截取的电容测量量(C传感器)，
其中，所述控制单元(18)设立用于，在检测到的电容测量量(C传感器)或所述电容测量量与正常值的偏差满足用于表征水(22)或其他导电的或绝缘的液体存在于所述电子器件壳体(2)中的触发标准时，输出触发信号。
2.根据权利要求1所述的电子控制设备(1)，
其中，对电容测量量(C传感器)的检测是借助电荷转移方法实现的。
3.根据权利要求2所述的电子控制设备(1)，
其中，使用模数转换器(30)的集成在控制设备(1)中的采样和保持电路(34)的电容器作为用于电荷转移方法的参考电容器(36)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子控制设备(1)，
其中，在所述电路板(5)上布置有一个或多个传感器电极(20、60)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子控制设备(1)，
其中，至少一个传感器电极(20)实施为构造在所述电路板(5)上的导体迹线，其中，所述导体迹线尤其是细长地、面式地或曲折形地构造。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电子控制设备(1)，
其中，所述电子器件壳体(2)完全地或部分地由导电材料制成，并且用作至少两个电容式传感器电极(20)中的一个。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电子控制设备(1)，
其中，所述控制单元(18)设立用于仅在可信度检验持续为正的情况下输出触发信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电子控制设备(1)，
其中，控制单元(18)本身或另一控制单元设立用于，根据触发信号
-将控制设备(1)置于紧急运行中，
-停用控制设备(1)的电子器件(3)，
-促成电子器件(3)的短路以便触发所配属的保险装置，并且/或者
-向车辆用户输出警告指示。
9.具有根据权利要求1至8中任一项所述的电子控制设备(1)的机动车。
10.对电容式传感器(16)的应用，用以识别出水(22)或其他导电的或绝缘的液体进入到使用在机动车中的电子控制设备(1)的电子器件壳体(2)中。
CN201910079017.3A 2018-01-30 2019-01-28 电子控制设备 Pending CN110099531A (zh)

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DE102018201421.3A DE102018201421A1 (de) 2018-01-30 2018-01-30 Elektronisches Steuergerät
DE102018201421.3 2018-01-30

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