DE102004008897A1

DE102004008897A1 - Integration von Motorraumelektronik

Info

Publication number: DE102004008897A1
Application number: DE102004008897A
Authority: DE
Inventors: Andrew Plymouth Glovatsky; Myron Dearborn Lemecha; Lawrence Novi Kneisel; Brenda Troy Nation
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: US20040163617A1; DE102004008897B4; US6807060B2

Abstract

Das Elektroniksystem umfasst im Allgemeinen einen Flachdrahtelektronikstandort und eine Flachdrahtsammelleitung zur elektronischen Verbindung des Flachdrahtelektronikstandorts und eines Elektronikgeräts im Motorraum. Der Flachdrahtelektronikstandort hat ein flexibles Substrat mit auf dem Substrat befestigten Elektronikkomponenten für den Betrieb des Elektronikgeräts. Der Flachdrahtelektronikstandort ist zur Kühlung an der Motorseite der Schottwand befestigt. An der Schottwand ist eine Abdeckung befestigt, die einen Flachdrahtelektronikstandort zwecks Schutzes gegenüber der Umgebung einschließt.

Description

Sachgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Motorraumelektronik und speziell auf die Integration dieser Elektronik.
Hintergrund der Erfindung
Die Motorraumelektronik wird umfangreicher, je mehr Funktionen, wie z. B. Antiblockierbremssystem, Verbrennungsmotorsteuerung, Getriebesteuerung, Ventilzeitsteuerung und zahlreiche Sensoren sowie Stellglieder, im Motorraum vereinigt sind. Gegenwärtig sind sorgfältig abgedichtete Module als Umhausung für verschiedene Elektronikboxen im Motorraum installiert. Diese Module sind aufgrund des erforderlichen hohen Abdichtungs- und Schutzgrades sowie des Kühlungsbedarfs der Elektronik sehr kostenintensiv. Typischerweise umfassen diese Module Aluminiumgussgehäuse mit Kühlmöglichkeiten und eine beträchtliche Vielzahl von Halterungen zur Abstützung der Elektronikboxen im gesamten Modul. Außerdem erfordern diese Module Verbinder, Anschlussstücke und Kabelbäume, die mit jedem der im Motorraum befindlichen Elektronikgeräte verbunden sind. Folglich besteht ein Bedarf zur Bereitstellung eines Elektroniksystems für Motorraumgeräte eines Kraftfahrzeugs, das die Kosten, die Kapselung, das Volumen und das Gewicht des Systems bei gleichzeitiger Steigerung der Servicefreundlichkeit und der Wirksamkeit der Kapselung verringert.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Elektroniksystem für ein Kraftfahrzeug mit durch eine Schottwand abgetrenntem Motor- und Fahrgastraum bereit, wobei der Motorraum mit einem Elektronikgerät zur Ausführung von Fahrzeugfunktionen ausgestattet ist. Das Elektroniksystem umfasst im Allgemeinen einen Flachdrahtelektronikstandort und eine Flachdrahtsammelleitung zur elektronischen Verbindung des Flachdrahtelektronikstandorts und des Elektronikgeräts im Motorraum. Der Flachdrahtelektronikstandort hat ein flexibles Substrat mit auf dem Substrat befestigten Elektronikkomponenten für den Betrieb des Elektronikgeräts. Der Flachdrahtelektronikstandort ist an der Motorseite der Schottwand zur Kühlung des Flachdrahtelektronikstandorts befestigt. Außerdem ist an der Schottwand eine Abdeckung befestigt, die den Flachdrahtelektronikstandort zum Schutz vor der Umgebung umschließt.
Vorzugsweise ist der Flachdrahtelektronikstandort mithilfe eines Heißklebers oder eines Heißfetts direkt an die Schottwand montiert. Alternativ ist der Flachdrahtelektronikstandort in der Abdeckung befestigt, die anschließend an der Schottwand befestigt wird. Der Flachdrahtelektronikstandort kann mit einem entsprechenden Überzug abgedichtet werden. Die Abdeckung kann eine elektromagnetische Abschirmung gewährleisten. Zusätzliche Flachdrahtelektronikstandorte können bereitgestellt werden, die durch die Flachdrahtsammelleitung verbunden werden. Die Flachdrahtsammelleitung kann außerdem ein Flachdrahtende enthalten, das einen Flachdrahtelektronikstandort direkt mit dem Elektronikgerät im Motorraum verbindet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die integrierten und Teil der Patentbeschreibung bildenden zugehörigen Zeichnungen stellen verschiedene Aspekte der Erfindung bildlich dar und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erklärung der Prinzipien der Erfindung. Die Zeichnungen umfassen:
1 als Schnittdarstellung eines entsprechend den Lehren der Erfindung gestalteten Elektroniksystems für Elektronikgeräte im Motorraum;
2 als Vorderansicht von an der Schottwand befestigten Flachdrahtelektronikstandorten des Elektroniksystems;
3 als Perspektivdarstellung einer anderen Ausgestaltung des entsprechend den Lehren der Erfindung gestalteten Elektroniksystems für Elektronikgeräte im Motorraum;
4 als vergrößerte, teilweise aufgebrochene Darstellung des in 3 dargestellten Elektroniksystems;
5 als eine der 4 ähnliche Perspektivdarstellung, die jedoch eine an der Schottwand befestigte Abdeckung zeigt;
6 als eine der 5 ähnliche Perspektivdarstellung, die jedoch eine alternative Ausgestaltung des Flachdrahtelektronikstandorts in seiner Abdeckung zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 stellt eine Schnittdarstellung eines entsprechend der Erfindung gestalteten Elektroniksystems 20 dar. Das Elektroniksystem ist für ein (teilweise in 3 gezeigtes) Kraftfahrzeug mit einer einen Motorraum 12 von einem Fahrgastraum 14 abschottenden Schottwand 10 bestimmt. Entsprechend hat die Schottwand 10 eine Motorseite 11 und eine Insassenseite 13. Der Motorraum 12 enthält verschiedene Elektronikgeräte zum Ausführen einer oder mehrerer Fahrzeugfunktionen. In 1 sind die Elektronikgeräte als die beiden Zündspulen 15 und die Kraftstoffeinspritzdüsen 17 für den Verbrennungsmotor 18 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 18 ist mit einem Getriebe 19 verbunden.
Das Elektroniksystem 20 umfasst einen Flachdrahtelektronikstandort 22 mit einem Substrat 24, auf dem eine Vielzahl von Elektronikkomponenten 26 befestigt sind. Die Elektronikkomponenten 26 werden für die Funktion der Elektronikgeräte, wie z. B. der in 1 dargestellten Zündspulen 15 und der Einspritzdüse 16, verwendet. Es ist zu erkennen, dass mit der Erfindung typische Elektronikgeräte im Motorraum, wie z. B. eine Motorsteuereinheit, Antiblockierbremssysteme, eine Drehzahlsteuerung, eine Zündung, Beleuchtung, eine Getriebesteuerung, eine Antriebsstrangsteuerung sowie verschiedene Sensoren und andere Stellglieder, eingesetzt werden können. Zur Nutzung sämtlicher Funktionen und Ausstattungen im Motorraum kann vorzugsweise der Elektronikstandort 22 oder eine Vielzahl von Elektronikstandorten 22 eingesetzt werden. Auf diese Weise ist die Steuerung der Elektronikgeräte im Motorraum in einem oder mehreren Elektronikstandorten 22 integriert.
Der Elektronikstandort 22 ist an der Schottwand 10, insbesondere an der Motorseite 11 der Schottwand 10 befestigt. Vorzugsweise wird das mithilfe einer thermischen Befestigungsschicht 30 ausgeführt, die einen Heißkleber oder ein Heißfett umfassen kann. Die Verwendung von Heißkleber oder Heißfett 30 bietet einen ausgezeichneten Wärmeübergang vom Elektronikstandort 22 zur metallischen Schottwand 10, wodurch eine kühlere Elektronik gewährleistet ist. Es ist zu erkennen, dass andere Befestigungsmechanismen, wie z. B. spezielle Halter, Stifte, Kleber, Haken- und Schlaufenhalter oder Ähnliches, verwendet werden können. Vorzugsweise wird eine Abdeckung 32 zum Einkapseln des Flachdrahtelektronikstandorts 22 verwendet. Das heißt, die Abdeckung 32 enthält eine offene Seite, die der Schottwand 10 zugewandt und direkt an ihr befestigt ist. Die Schottwand 10 umschließt in Verbindung mit der Abdeckung 32 den Elektronikstandort 22 und schützt ihn gegenüber der Umgebung.
Zur Bereitstellung eines Schaltungsaufbaus innerhalb des Elektroniksystems 20 werden Flachdrahtsammelleitungen verwendet. Insbesondere ist eine erste Flachdrahtsammelleitung 40 vorzugsweise durch Direktlötung mit oder ohne Verbindungsstück 42 mit dem Standort 22 elektronisch verbunden. Alternativ können im Fachgebiet allgemein bekannte Flachdrahtverbinder verwendet werden. Die Flachdrahtsammelleitung enthält Flachdrahtenden 44, die typischerweise zur direkten Leitung von den Elektronikstandorten zu den Sensoren, Stellgliedern oder anderen Steuerungseinrichtungen im Motorraum 12 verwendet werden. Diese Flachdrahtenden 44 sind Flachdrahtsammelleitungen, jedoch typischerweise klein, und werden zum direkten Verbinden einiger Signal- und Stromleitungen zwischen einem Elektronikstandort und seinem Sensor, Stellglied oder Display verwendet. Als Ersatz für Flachdraht können Lichtkanalsammelleitungen oder ein Verbund von Lichtkanal und Metallleiterzügen verwendet werden, um Standorte, Sensoren und Stellglieder oder andere Elektronikgeräte miteinander zu verbinden.
Wie in 1 dargestellt, verbinden die Flachdrahtenden 44 den Elektronikstandort 22 mit einem zweiten Flachdrahtende 46, das direkt an den Verbrennungsmotor 18 montiert ist. Das Flachdrahtende 46 enthält eine Vielzahl von Verbindungen zu jeder der Zündspulen und Einspritzdüsen 16 des Verbrennungsmotors 18. Zur Befestigung der Flachdrahtschaltung an der Struktur im Motorraum, wie z. B. an der Schottwand 10 und dem Verbrennungsmotor 18, werden Klammern 45 verwendet.
2 zeigt eine Vorderansicht einer Ausgestaltung des Elektroniksystems 50. Es ist die Fahrzeugschottwand 52 dargestellt, die mit einem ersten Elektronikstandort 54, einem zweiten Elektronikstandort 56, einem dritten Elektronikstandort 58 und einem vierten Elektronikstandort 60 ausgestattet ist, die alle an der Motorseite der Schottwand 52 befestigt sind. Ein Flachdrahtsammelleitungssystem 62 verbindet die Elektronikstandorte 54, 56, 58, 60 und enthält Flachdrahtenden 64 zur direkten Verbindung mit den jeweiligen (nicht dargestellten) Elektronikgeräten. Der dargestellte zweite Elektronikstandort 56 hat eine an der Schottwand 52 befestigte Abdeckung 66 zum Schutz des Elektronikstandorts 56, während die anderen Elektronikstandorte 54, 58, 60 mit entfernten Gehäusen dargestellt worden sind.
3 ist eine Perspektivdarstellung eines in einem Fahrzeug 71 eingesetzten entsprechenden Elektroniksystems 70. Das Kraftfahrzeug enthält einen Motorraum 72 mit einer den Fahrgastraum vom Motorraum 72 abtrennenden Schottwand 73. Das Elektroniksystem umfasst im Allgemeinen einen ersten Elektronikstandort 76 und einen zweiten Elektronikstandort 74. Die Elektronikstandorte 74, 76 enthalten die Elektronikkomponenten 75, 77 für das Betreiben eines Elektronikgeräts im Motorraum, wie z. B. des Verbrennungsmotors 78 und der Scheinwerfer 79.
Wie dargestellt, verbindet eine erste Flachdrahtsammelleitung 80 den ersten Elektronikstandort 76 mit dem Verbrennungsmotor 18. Analog verbindet eine zweite Flachdrahtsammelleitung 82 den zweiten Elektronikstandort 74 mit der Frontbeleuchtung 79 auf der Fahrerseite, während der erste Elektronikstandort 76 über eine dritte Flachdrahtsammelleitung 84 mit der Frontbeleuchtung 79 auf der Beifahrerseite verbunden ist. Es ist zu erkennen, dass die erste Flachdrahtsammelleitung 80 Flachdrahtenden 81 zur direkten Verbindung mit den Stellgliedern, wie z. B. den Zündspulen oder den Einspritzdüsen des Verbrennungsmotors 78, enthält. Analog enthält die zweite Flachdrahtsammelleitung 82 zahlreiche Flachdrahtenden 83 zur Verbindung mit verschiedenen Stellgliedern, wie z. B. dem Beleuchtungssystem 79 oder einer Steuereinheit, wie z. B. einer Übertragungssteuerung, einer Antriebsstrangsteuerung, einem Antiblockierbremssystem oder Ähnlichem. Analog enthält die dritte Flachdrahtsammelleitung 84 ähnliche Flachdrahtenden 85, die ebenfalls mit Elektronikgeräten im Motorraum verbunden sind. Sämtliche Flachdrahtelektronikstandorte sind miteinander durch ein Flachdrahtsammelleitungssystem verbunden, das die erste, zweite und dritte Flachdrahtsammelleitung 80, 82, 84 umfasst. Der Flachdraht ist mit jedem Flachdrahtelektronikstandort in bekannter Weise, wie z. B. durch Direktlötverbindungen, verbunden. Andere Verbinder oder Befestigungsverfahren, wie z. B. Flachdrahtverbinder, können verwendet werden.
4 ist eine vergrößerte, teilweise aufgebrochene Darstellung des an der Schottwand 73 befestigten ersten Flachdrahtelektronikstandorts 76. Die Flachdrahtsammelleitung 84 erstreckt sich vom ersten Flachdrahtelektronikstandort 76 zwecks Verbindung zu einem Elektronikgerät im Motorraum, wie z. B. dem Beleuchtungssystem 79. Der Flachdrahtelektronikstandort 76 ist direkt an der Schottwand 73 befestigt, die eine Kühlung der Elektronikkomponenten 77 gewährleistet. Eine ähnliche Ansicht zeigt 5, bei der jedoch an der Schottwand 73 eine Abdeckung 90 befestigt worden ist, die den ersten Elektronikstandort 76 abdeckt. Wie dargestellt, ist die Abdeckung 90 direkt an die Schottwand 73 geschraubt, obwohl sie am Außenrand des Flachdrahtelektronikstandorts 76 montiert werden kann.
Schließlich zeigen die 6a und 6b eine alternative Ausgestaltung der Abdeckung 90'. Diese Abdeckung 90' umfasst ein Plastformteil mit einem direkt auf der Abdeckung 90' befestigten Flachdrahtelektronikstandort. Durch die Montage der Abdeckung 90' an die Schottwand 73 (vorzugsweise mithilfe von Haltern mit Gewinde) ist der Flachdrahtelektronikstandort 76 mit der Schottwand 73 verbunden, was Kühlung gewährleistet. Die Abdeckung 90' hat eine offene Seite, die der Schottwand 73 zugewandt an dieser befestigt ist. Entsprechend kapselt die Schottwand 73 in Verbindung mit der Abdeckung 90' den Flachdrahtelektronikstandort 76 ein. Auf diese Weise ist der Flachdrahtelektronikstandort 76 vor der rauen Umgebung des Motorraums 72 geschützt. Die Abdeckung 90' besteht vorzugsweise aus einem Plastwerkstoff. Alternativ kann die Abdeckung 90' aus einem metallisierten Plastwerkstoff oder einem Lotmetall gestaltet sein, um eine gewisse Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen zu gewährleisten.
Die Flachdrahtsammelleitungen und -enden können aus zahlreichen Materialien, wie z. B. PET, PEN, Polyimid, Dünn-FR4, FR4 und ähnlichen Materialien, bestehen. Zum Abdichten der Elektronik kann eine entsprechende Beschichtung verwendet werden. Die entsprechende Beschichtung kann ein Material wie z. B. Silikon, Epoxid oder Acryl sein. Der Flachdraht kann mit einer Deckschicht aus z. B. PET oder Polyimid oder alternativ mit einem Lötmaskenmaterial, wie z. B. Epoxid, geschützt sein. Diese Deckschicht oder Lötmaske schützt die Flachdrahtsammelleitung vor der rauen Umgebung des Motorraums 72. Die Flachdrahtsammelleitungen können bei Bedarf auf einer Metall- oder Plastoberfläche im Motorraum 72 befestigt sein. Außerdem können Versteifungen oder flexible Stützen an den Flachdrahtsammelleitungen ergänzt werden. Diese Versteifungen können sich freihängend zwischen den Motorraumstrukturen erstrecken.
Es ist zu erkennen, dass die Elektronik aufgrund der Integration der Motorraumelektronik in verschiedene flexible Flachdrahtelektronikstandorte an der Schottwand des Fahrzeugs angeordnet werden kann. Auf diese Weise wird der gewöhnlich erforderliche hohe Verdrahtungs- und Befestigungsaufwand für diese Motorraumelektronik wesentlich reduziert. Außerdem stellt die Schottwand eine hervorragende Wärmesenke der Elektronik bereit, wodurch ihre Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit gesteigert wird, während außerdem die Notwendigkeit an sonst erforderlichen sperrigen Kühleinrichtungen eliminiert wird. Es wird eine signifikante Verringerung in Größe und Gewicht erreicht, während die Servicefreundlichkeit und die Raumausnutzung stark verbessert werden.

Claims

Elektroniksystem für ein Kraftfahrzeug mit durch eine Schottwand abgetrenntem Motor- und Fahrgastraum, wobei die Schottwand eine Motorseite und eine Insassenseite hat, wobei der Motorraum mit einem Elektronikgerät zur Ausführung einer Fahrzeugfunktion ausgestattet ist, umfassend: – einen Flachdrahtelektronikstandort mit einem flexiblen Substrat und für den Betrieb des Elektronikgeräts auf dem Substrat befestigten Elektronikkomponenten; – eine Flachdrahtsammelleitung zur elektronischen Verbindung zwecks Signalübertragung zwischen dem Flachdrahtelektronikstandort und dem Elektronikgerät im Motorraum; – den Flachdrahtelektronikstandort, der zur Kühlung des Flachdrahtelektronikstandorts an die Motorseite der Schottwand montiert ist; – eine Abdeckung, die an der Schottwand befestigt ist und den Flachdrahtelektronikstandort zum Schutz gegenüber der Umgebung umschließt.
Elektroniksystem nach Anspruch 1, wobei der Flachdrahtelektronikstandort direkt an die Schottwand montiert ist.
Elektroniksystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flachdrahtelektronikstandort mit einem Heißkleber an die Schottwand montiert ist.
Elektroniksystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flachdrahtelektronikstandort mit einem Heißfett an die Schottwand montiert ist.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, außerdem umfassend eine an der Flachdrahtsammelleitung befestigte flexible Plasttafel zur Abstützung der Flachdrahtsammelleitung innerhalb des Motorraums.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Flachdrahtelektronikstandort mit einer entsprechenden Beschichtung abgedichtet ist.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Elektronikgerät eine Einspritzdüse eines Verbrennungsmotors ist.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Flachdrahtsammelleitung direkt am Verbrennungsmotor abgestützt wird.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Flachdrahtelektronikstandort Schaltungen für eine Motorsteuerungseinheit umfasst.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Elektronikgerät eine Fahrzeugbeleuchtung ist.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Abdeckung eine elektromagnetische Abschirmung bereitstellt.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Flachdrahtelektronikstandort in einer Abdeckung befestigt ist.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, außerdem umfassend einen an die Motorseite der Schottwand montierten zweiten Flachdrahtelektronikstandort, wobei der zweite Flachdrahtelektronikstandort mit dem ersten Elektronikstandort über die Flachdrahtsammelleitung elektronisch verbunden ist.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Flachdrahtsammelleitung die Flachdrahtelektronikstandorte miteinander verbindet.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Flachdrahtsammelleitung ein Flachdrahtende enthält, das den Flachdrahtelektronikstandort mit dem Elektronikgerät direkt verbindet.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, außerdem umfassend einen an die Motorseite der Schottwand montierten zweiten Flachdrahtelektronikstandort, wobei der zweite Flachdrahtelektronikstandort mit einem flexiblen Substrat und für den Betrieb eines zweiten Elektronikgeräts im Motorraum auf dem Substrat befestigten Elektronikkomponenten ausgestattet ist.
Elektroniksystem für ein Kraftfahrzeug mit durch eine Schottwand abgetrenntem Motor- und Fahrgastraum, wobei die Schottwand eine Motorseite und eine Insassenseite hat, wobei der Motorraum mit Elektronikgeräten zur Ausführung von Fahrzeugfunktionen ausgestattet ist, umfassend: – einen ersten Flachdrahtelektronikstandort mit einem flexiblen Substrat und für den Betrieb des Elektronikgeräts auf dem Substrat befestigten Elektronikkomponenten; – einen zweiten Flachdrahtelektronikstandort mit einem flexiblen Substrat und für den Betrieb des Elektronikgeräts auf dem Substrat befestigten Elektronikkomponenten; – eine Flachdrahtsammelleitung zur elektronischen Verbindung zwecks Signalübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Flachdrahtelektronikstandort und der Elektronikgeräte im Motorraum; – den ersten und den zweiten Flachdrahtelektronikstandort, die zur Kühlung an die Motorseite der Schottwand montiert sind.
Elektroniksystem nach Anspruch 17, wobei der erste und der zweite Flachdrahtelektronikstandort direkt an die Schottwand montiert sind.
Elektroniksystem nach Anspruch 17 oder 18, wobei der erste und der zweite Flachdrahtelektronikstandort mithilfe eines Heißklebers an die Schottwand montiert sind.
Elektroniksystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Flachdrahtsammelleitung ein erstes Flachdrahtende und ein zweites Flachdrahtende enthält, wobei das erste Flachdrahtende den ersten Flachdrahtelektronikstandort direkt mit einem Elektronikgerät verbindet und das zweite Flachdrahtende den zweiten Flachdrahtelektronikstandort direkt mit einem Elektronikgerät verbindet.