CN116868488A - 用于车辆的电子控制单元、电动助力转向系统以及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆(300)的电子控制单元(100)，所述电子控制单元(100)包括壳体(10)、散热器(20)以及至少一个印刷电路板(30，40)，其中所述壳体(10)被构造成设置有电动单元(50)以电连接至所述至少一个印刷电路板(30，40)，所述至少一个印刷电路板(30，40)紧邻所述散热器(20)的至少一个导热表面(26，28)并且所述散热器(20)与所述壳体(10)整体地设计，以使得所述散热器(20)被构造成将由所述至少一个印刷电路板(30，40)生成的热量传导至壳体(10)。

Description

用于车辆的电子控制单元、电动助力转向系统以及车辆

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的电子控制单元、一种电动助力转向系统以及一种车辆。

背景技术

在电动助力转向系统中，电子控制单元可以与电动马达连接，用于从比如电池的电源将电力供应至电动马达。电动助力转向系统可以辅助驾驶员或自动车辆中的机器对运输设备的处理操作，通常是转向。运输设备可以为汽车。

电动助力转向系统可以进一步包括扭矩传感器、转向轴、手柄(通常是方向盘)以及电源。在下文中，将描述汽车中的电动助力转向设备的典型的布置和操作。本发明也可以部分或全部采用该示例性布置。

扭矩传感器可以安装于转向轴上。在通过操作手柄而使转向轴旋转时，扭矩传感器检测通过手柄的操作而施加至转向轴的扭矩。在借助于扭矩传感器检测扭矩时，将扭矩信号从扭矩传感器输出至电子控制单元。然后，电子控制单元至少基于扭矩信号驱动电动马达。可选地，除了用于控制电动马达的驱动的扭矩信号之外，控制装置还可以包含另外的数据，比如车辆速度。

电子控制单元通过从比如汽车的电池的电源将驱动电流供应至电动马达而驱动电动马达。然后，由电动马达生成的驱动力直接地或经由变速箱被传递至车轮，这取决于汽车的构造。结果，电动助力转向设备通过借助于电动马达放大转向轴的扭矩而改变车轮的转向角。这使得驾驶员能够用较小的力来操作手柄。

电子控制单元包括与电动马达电连接的电源板。至电动马达的电力经由该电源板传输。逻辑板可以连接至该电源板，用于控制至电动马达的电力传输。电源板在电子控制单元操作期间生成热量。为了防止电子控制单元过热和损坏，散热器可以设置于电子控制单元内部并且被布置成与电动助力转向系统或电动马达的壳体热接触。

很难获得一种紧凑的组件，所述组件具有电连接至彼此的各个板同时为所述组件提供足够的空间以用于所述板、其电子构件以及散热器。此外，由电源板生成的热量必须经由散热器有效地散发。

US2019/0241209 A1描述一种电动助力转向设备，其中散热器通过嵌缝或焊接或螺纹连接至少部分地连接至马达壳体。因此，有助于经由马达壳体从散热器散发热量。

然而，通过将散热器与所述设备的马达壳体嵌缝、焊接或螺纹连接来制造散热器的这种连接仍然很麻烦。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于车辆的电子控制单元，特别是一种用于电动助力转向系统的电子控制单元，所述电子控制单元改进可制造性、壳体内部的构件的封装以及散热特性。

该目的通过权利要求来解决。因此，该目的通过根据权利要求1的电子控制单元、根据权利要求14的电动助力转向系统以及根据权利要求15的车辆来解决。本发明的进一步的细节从从属权利要求以及说明书和附图展现。因此，结合本发明的电子控制单元描述的特征和细节适用于电动助力转向系统和车辆，反之亦然，以使得本发明的各个方面的公开内容相互参考或者可以相互参考。

根据本发明的第一方面，上述目的通过一种用于车辆、特别是用于汽车的电子控制单元来实现。所述电子控制单元包括壳体、散热器以及至少一个印刷电路板。所述壳体被构造成设置有电动单元，以电连接至至少一个印刷电路板。所述至少一个印刷电路板紧邻所述散热器的至少一个导热表面。所述散热器与所述壳体整体地设计，以使得所述散热器被构造成将由所述至少一个印刷电路板生成的热量传导至壳体。

根据本发明，所述电子控制单元的壳体与散热器整体地设计或制造。换句话说，散热器和壳体是整体地设计的。这意味着散热器和壳体最初被作为单个零件制造，或者换句话说，为单块的并且由同一材料制成。因此，壳体和散热器可在单个步骤中制造。与现有技术中建议的单独地制造壳体和散热器并且随后将壳体和散热器连接至彼此相比，这节省制造的时间和成本。例如，当将壳体和散热器焊接在一起时，它们不是整体设计的或者未被设计成单块的而是彼此分离的并且随后仅接合。与单块设计相比，这样的焊接导致材料的不同的形状和结构。

此外，从散热器至壳体的热传导可以通过比如螺纹连接或焊接的连接来改善，但其中热传导不是最佳的，因为需要经由螺钉或焊缝的非最佳几何部分来传导热量。

而且，与现有技术的解决方案相比，具有本发明的解决方案的壳体和散热器在材料选择方面不受限制。例如，焊接选择限于特定的金属。

最后，壳体和散热器的单块设计由于一体设计和连接部件(比如螺钉或焊缝)的消除而容许在壳体内部以及相对于散热器更好地封装电子控制单元的构件。

在本发明的电子控制单元中，热量从生成热量的电子控制单元的内部传输至壳体。壳体可以设置有比散热器本身大得多的表面。因此，传输至壳体的热量可以在壳体处更快且更容易地散发。进一步，例如，壳体可以通过环境空气有效地冷却。

当然，壳体内部的、特别是靠近至少一个印刷电路板的其它构件和/或比如电容器或线圈的电子构件可以被构造成直接或经由至少一个印刷电路板将热量传导至壳体。

特别地，至少一个印刷电路板可以为电源板，用于将电流传导至要连接至其的电动单元。换句话说，电子控制单元可以具有被设计成至少一个电源板的至少一个印刷电路板。所述至少一个电源板可以被构造成用于从比如电池的能量源将能量提供至电动单元。此外，至少一个电源板可以经由一个或多个连接器电连接至电动单元，用于将从能量源接收的电力或电流传送至电动单元。进一步，所述至少一个电源板可以包括比如线圈和电容器的电子构件，用于使电源板能够将电力从电源传输至电动马达。

所述电子控制单元可以进一步包括逻辑板。特别地，逻辑板可以被作为印刷电路板提供。逻辑板不必附接至散热器。特别地，逻辑板可以不(直接)附接至散热器。在电子控制单元的操作中，逻辑板生成比所述至少一个电源板更少的热量，并且因此可以优先将在电子控制单元的操作中生成更多热量的所述至少一个电源板附接至散热器。

此外，例如，电子控制单元可以包括连接器系统，比如连接器板。例如，连接器系统可以具有由塑料制成的壳体。连接器系统可以被形成为用于在壳体的一端处密封壳体的帽。连接器系统可以设置有密封件，用于相对于外部密封壳体的内部。密封件可以由硅橡胶制成。连接器系统可以包括一个、两个、三个或更多个连接器，特别是插头连接器。在插头连接器处或内部，连接器系统可以设置有电接触件。电接触件可以由例如铜合金制成，以提供高导电性。可以提供一个或多个插头连接器，用于使运输设备的控制板与逻辑板接触。因此，扭矩传感器、其它传感器和/或其它电子控制单元可以连接至逻辑板。这些插头连接器可以通过电源连接器连接至所述至少一个电源板。

尽管本发明总体上涉及一种用于车辆的具有电动单元的电子控制单元，但是本发明特别适合于并且因此可以用于被构造成电动助力转向系统的电子控制单元的电子控制单元，比如在本说明书的引言部分中所解释说明的电动助力转向设备。在这种情况下，电动单元为电动马达。电动马达设置于壳体中，特别是附接至壳体。因此，所述壳体也可以被称为马达壳体。

散热器和壳体可以由同一金属制成。因此，散热器和壳体由单块金属制成。作为导热材料的金属特别适合于热传导。例如，金属可以包括或者为铝、镁、铜或类似物。散热器与壳体的单块制造可以通过例如压铸或模制来实现。

特别地，所述至少一个印刷电路板可以设置有与散热器的至少一个导热表面相对应的导热表面，并且所述至少一个印刷电路板的该导热表面可以紧邻散热器的至少一个导热表面平行地布置。

进一步，至少一个印刷电路板可以特别地经由热界面材料附接至散热器的所述至少一个导热表面。换句话说，所述至少一个印刷电路板可以与所述至少一个导热表面接触，但是所述接触不是直接的而是可以经由位于印刷电路板与散热器的导热表面之间的另一种材料来提供，比如所提到的热界面材料。优选地，在所述至少一个印刷电路板与散热器的所述至少一个导热表面之间仅提供热界面材料。例如，比如导热膏的热界面材料可以在导热表面处设置于所述至少一个印刷电路板与散热器之间，以将各个部件彼此热附接，从而获得更好的导热性。因此，当说明书谈到所述至少一个印刷电路板至所述至少一个导热表面的附接时，与直接附接相反，不需要直接附接而是在它们之间可以存在所提到的材料层，比如热界面材料，以使得提供间接附接或接触。所述间接附接优选地由不超过一个部件或一种材料提供，特别地由所提到的热界面材料提供。

此外，电子控制单元可以包括两个印刷电路板。特别地，这些印刷电路板可以被设计成电源板。两个印刷电路板可以直接电连接至彼此和/或可以单独地连接至电动单元。连接器可以被用于此目的。此外，两个印刷电路板中的每一个可以特别地经由热界面材料附接至散热器的至少一个导热表面。

在其中两个印刷电路板为电动助力转向系统的电子控制单元的电源板的一个实施例中，两个电源板可以各自被设置为冗余电源板，用于彼此独立地为电动马达供应电力。两个电源板均可以布置有三相电力，以向电动马达供应三相电力。因此，第一电源板和第二电源板可以一起被布置成向电动马达供应六相电力。第一电源板可以设置于散热器的一侧上，第二电源板可以设置于散热器的另一侧上。第一电源板和第二电源板可以直接地或间接地(特别地通过设置于它们之间的热界面材料)与它们的电路板和电子构件附接至散热器。

散热器可以夹在两个印刷电路板之间。此外，两个印刷电路板中的每一个可以紧邻散热器的两个导热表面中的单独的一个。因此，可以实现这样的设计，在该设计中，导热表面位于散热器的相对侧上。由此，来自印刷电路板的热量可以通过散热器的相对侧上的导热表面经由散热器传导至壳体，这更好地利用可用于冷却的散热器的整个主体。此外，第一电源板的电子构件和第二电源板的电子构件可面向散热器。

而且，导热表面可以彼此对角相对地布置。换句话说，导热表面可以被布置成使得它们不是彼此平行而是彼此对角地相对。此外，或者替代地，导热表面可以位于不同的宽度处，或者换句话说，沿着壳体的宽度的位置处。壳体的宽度是在垂直于其长度或者换句话说纵向延伸部的方向上测量的。通过提供这样的设计，其中导热表面彼此对角地相对和/或沿着沿壳体测量的宽度位于不同的宽度位置处，由于更好地使用可用主体，或者换句话说，由于更好地使用可用于将热量散发至壳体并且从壳体散发至环境空气的散热器的体积，可以进一步改善导热特性。

此外，导热表面可以位于散热器的分离的导热部分中。通过在彼此分离的导热部分(特别地通过在分离的导热部分之间具有散热器的中间部分，所述中间部分不与导热表面相对或平行)中提供导热表面，甚至可以进一步改善散热器的导热特性。特别地，散热器的中间部分可以沿着壳体的长度延伸。特别地，中间部分的长度可以在垂直于具有导热表面的分离的导热部分的延伸方向的方向上延伸。因此，中间部分起到热连接两个分离的导热部分的作用。

此外，散热器可以包括凹部和/或槽，所述至少一个印刷电路板的电子构件凸伸至所述凹部和/或槽中。因此，可以规定，电子构件朝向散热器延伸并且延伸于凹部和/或槽内部。通过将所述至少一个印刷电路板的电子构件引入相对应的凹部和/或槽内，可以有效地减少电子控制单元的封装。

进一步，可以在壳体与散热器之间设置用于电子控制单元的连接器的至少一个切口。所述至少一个连接器可以为任何一个或多个前述连接器，例如从印刷电路板至印刷电路板或电动单元的连接器或从逻辑板至印刷电路板的连接器。因此，尽管提供各个连接器，散热器也可以设置有相对较大的主体或体积。

最后，当壳体具有圆柱形形状或大致圆柱形形状和/或散热器具有大致圆板状形状时，这是有利的设计。

根据本发明的第二方面，上述目的通过一种包括电子控制单元的电动助力转向系统来解决，其中所述电动单元为设置于壳体内部并且电连接至至少一个印刷电路板(特别地电源板)的电动马达。

如上所述，根据本发明的第一方面的电子控制单元在本发明的第二方面的电动助力转向系统中的使用仅仅是车辆中的示例性应用领域，然而这仅仅是优选的。

在具有两个印刷电路板作为电源板、亦即第一电源板和第二电源板的构造中，电动马达可以通过第一电动马达连接器电连接至第一电源板并且通过第二电动马达连接器电连接至第二电源板。每个电源板可以供应三相电流。因此，电动马达可以被设计成六相电动马达。因此，电动马达可以由两个电源板中的任何一个或两个单独供应的驱动电流单独地驱动。这提供电子控制单元和电动助力转向系统的冗余和不易受故障影响的设计。

电动助力转向系统可以进一步包括扭矩传感器、转向轴、手柄(特别是方向盘)以及电源。电动助力转向系统可以进一步具有用于在车辆(特别是汽车)中操作的布置并且被布置成用于在车辆(特别是汽车)中操作，如本说明书的引言部分中所描述的。

根据本发明的第三方面，上述目的通过一种车辆、特别是汽车来解决，所述车辆包括根据本发明的第一方面的电子控制单元或根据本发明的第二方面的电动助力转向系统。

本发明的进一步的优点、特征以及细节从以下描述展现，其中通过参考以下附图，根据一个可能的示例描述本发明。因此，权利要求中的特征以及说明书中提到的特征对于本发明来说可能是必不可少的，无论是被单独地考虑还是被以任意组合考虑。

附图说明

参考附图更详细地讨论本发明，其中示出：

图1为根据本发明的示例性电动助力转向系统的示意图；

图2为图1的电动助力转向系统的与散热器一体地形成的壳体的立体图；

图3为图2的壳体的局部剖视立体图；

图4为图1的电动助力转向系统的一部分的示意图，其中示出根据本发明的电动助力转向系统的印刷电路板至散热器的示例性构造；

图5为根据本发明的汽车的前视图。

具体实施方式

在图1至图5中，相同的附图标记被用于相同的部件。

图1示出根据本发明的电动助力转向系统200中的示例性电子控制单元100。图1以黑盒或示意图的形式示出电子控制单元100的构件，以使得可以识别根据该示例的本发明的电动助力转向系统200的总体结构，所述总体结构具有一些但不是所有构件。

在该示例中，电子控制单元100包括被构造成电源板30、40的两个印刷电路板30、40。两个电源板30、40将散热器20夹在中间。散热器20与包围两个电源板30、40的壳体10整体地设计。壳体10和散热器20由同一金属制成。在壳体10的上端处，连接器系统60附接至壳体10。连接器系统60可以经由电源板30、40将电流传送至电动马达50，并且进一步将控制信号提供至逻辑板，所述逻辑板也可以设置于电子控制单元100中，如先前在本说明书中所解释说明的，但是为了简单起见，在图中未示出。

在壳体10的底端处，呈电动马达50的形式的电动单元50附接至壳体10，并且还电连接至电子控制单元100的两个电源板30、40，从而有效地形成图1中所示的电动助力转向系统200。

图2示出图1的电动助力转向系统200的具有整体地形成的散热器20的示例性壳体10的详细视图。

图3示出与图2相同的构件，但是示出其局部剖视图，以使得可以看到散热器20和壳体10，其中它们的横截面29沿着壳体10的宽度W。

如从图2和图3可以看出的，在该特定示例中，散热器20与其外周边21没有完全连接至壳体10，而是具有切口22，用于在其中引入一个或多个连接器(未示出)以用于将散热器20上方的任何部件与第二电源板40和/或电动马达50连接。因此，该连接器或这些连接器有利地设置于壳体10与散热器20之间，尽管所述壳体与所述散热器彼此一体地形成。

此外，散热器20包括凹部和/或槽23，在图3中仅示例性地指定可以看到的其中一个。这容许电源板30、40的电子构件凸伸至散热器20内部，从而使得能够良好地封装整个电子控制单元100。此外，散热器20内部的凹部23可以被设置用于一个或多个上述连接器。

散热器20的横截面29在散热器20的导热表面26、28处具有大致z型或s型形状。特别地，散热器20具有两个导热部分25、27，在这两个导热部分处分别设置有导热表面26、28。导热表面26、28设置于散热器20上，以使得它们彼此对角地相对并且设置于壳体10的不同的宽度W处或不同宽度W的位置处。此外，散热器20的导热表面26、28设置于壳体10的不同的长度L处或不同长度L的位置处。

如从图4可以看出的，图4示出图1的电动助力转向系统200的一部分的示意图，其中示出两个电源板30、40与散热器20的示例性构造。在该构造中，第一导热部分25的第一导热表面26紧邻第二电源板40的第四导热表面41，而第二导热部分27的第二导热表面28紧邻第一电源板30的第三导热表面31。特别地，第一导热部分25可以经由热界面材料(图中未示出)附接至第四导热表面41，并且第二导热表面28可以经由相同的热界面材料附接至第三导热表面31。散热器20的连接两个导热部分25、27的中间部分24的长度通常沿着壳体10的长度L延伸。由此，散热器20的两个导热表面26、28热连接至电源板30、40的相对应的导热表面31、41并且通过经由中间部分24彼此连接的导热部分25、27热连接至彼此。

借助于散热器20的对角地相对的导热表面26、28和散热器20的整体设计或形状，可以利用散热器20的整个或至少大部分可用主体来实现从电源板30、40至壳体10的非常有效的导热。

最后，图5示出根据本发明的呈汽车300的形式的示例性车辆300。汽车300包括图1至图4所示的具有电子控制单元100的电动助力转向系统200。

附图标记

10壳体

20散热器

21外周边

22切口

23凹部、槽

24中间部分

25第一导热部分

26第一导热表面

27第二导热部分

28第二导热表面

29横截面

30第一印刷电路板、第一电源板

31第三导热表面

40第二印刷电路板、第二电源板

41第四导热表面

50电动单元、电动马达

60连接器系统

100电子控制单元

200电动助力转向系统

300车辆、汽车

W壳体的宽度

L壳体的长度

Claims (15)

1.一种用于车辆(300)的电子控制单元(100)，所述电子控制单元(100)包括壳体(10)、散热器(20)以及至少一个印刷电路板(30，40)，其中所述壳体(10)被构造成设置有电动单元(50)以电连接至所述至少一个印刷电路板(30，40)，所述至少一个印刷电路板(30，40)紧邻所述散热器(20)的至少一个导热表面(26，28)并且所述散热器(20)与所述壳体(10)整体地设计，以使得所述散热器(20)被构造成将由所述至少一个印刷电路板(30，40)生成的热量传导至所述壳体(10)。

2.根据权利要求1所述的电子控制单元(100)，其中，所述至少一个印刷电路板(30，40)为电源板(30，40)，用于将电流传导至要连接至其的所述电动单元(50)。

3.根据权利要求2所述的电子控制单元(100)，其中，所述电子控制单元(100)被构造成电动助力转向系统(200)的电子控制单元(100)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的电子控制单元(100)，其中，所述散热器(20)和所述壳体(10)由同一金属制成。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的电子控制单元(100)，其中，所述至少一个印刷电路板(30，40)特别地经由热界面材料附接至所述散热器(20)的至少一个导热表面(26，28)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的电子控制单元(100)，其中，所述电子控制单元(100)包括两个印刷电路板(30，40)，其中所述散热器(20)被夹在所述两个印刷电路板(30，40)之间，并且所述两个印刷电路板(30，40)中的每一个紧邻所述散热器(20)的两个导热表面(26，28)中的单独的一个，以使得所述导热表面(26，28)位于所述散热器(20)的相对侧上。

7.根据权利要求6所述的电子控制单元(100)，其中，所述导热表面(26，28)彼此对角相对地布置。

8.根据权利要求6或7所述的电子控制单元(100)，其中，所述导热表面(26，28)位于所述壳体(10)的不同的宽度处。

9.根据权利要求5至8中的任一项所述的电子控制单元(100)，其中，所述导热表面(26，28)位于所述散热器(20)的分离的导热部分(25，27)中。

10.根据权利要求9所述的电子控制单元(100)，其中，所述分离的导热部分(25，27)通过所述散热器(20)的沿着所述壳体(10)的长度(L)延伸的中间部分(24)连接至彼此。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的电子控制单元(100)，其中，所述散热器(20)包括凹部和/或槽(23)，所述至少一个印刷电路板(30，40)的电子构件凸伸至所述凹部和/或槽中。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的电子控制单元(100)，其中，在所述壳体(10)与所述散热器(20)之间设置有用于所述电子控制单元(100)的连接器的至少一个切口(22)。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的电子控制单元(100)，其中，所述壳体(10)具有圆柱形形状或大致圆柱形形状，和/或所述散热器(20)具有大致圆板状形状。

14.一种电动助力转向系统(200)，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的电子控制单元(100)，其中所述电动单元(50)为设置于所述壳体(10)内部并且电连接至所述至少一个印刷电路板(30，40)的电动马达(50)。

15.一种车辆(300)，其包括根据权利要求1至13中的任一项所述的电子控制单元(100)或根据权利要求14所述的电动助力转向系统(200)。