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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebesteuermodul gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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In einem Getriebe, insbesondere in einem Kraftfahrzeuggetriebe, wird die gesamte Funktion elektronisch gesteuert. Zur elektrischen Ansteuerung der Hydraulik im Getriebe wird z.B. eine Steuerung bzw. ein Steuermodul der vorliegenden Art (TCU; Transmission Control Unit) verwendet. Ein solches Steuermodul ist vorzugsweise im Getriebe verbaut (integriertes Steuergerät), wobei die TCU mit Sensoren zusammenwirkt, um Positionen, Drehzahlen, Temperaturen und Drücke zu erfassen. Die Sensoren sind beim integrierten Steuergerät in der Regel Bestandteil des Produktumfangs. Da die Sensoren, welche als eigenständige bzw. eigenständig abgedichtete Baugruppen angeordnet und ausgeführt werden, an verschiedenen Positionen im Getriebe angeordnet werden müssen, sind sie auf einer Art Trägerbauteil, z.B. einem Komponententräger aus z.B. Kunststoff, angeordnet, z.B. schwimmend oder starr fixiert. Die elektrische Verbindung mit der Getriebesteuerelektronik des Getriebesteuermoduls, welche in der Regel an einem Keramiksubstrat aufgenommen ist, erfolgt typischerweise über Kabel, Stanzgitter oder Flexfolien. Dies ist hinsichtlich der hohen Anzahl von Schnittstellen aufwändig und erfordert erheblichen Bauraum, einhergehend mit hohen Kosten.
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Aus der
EP 1 046 839 B1 sind bereits Getriebesteuermodule mit PLCD Sensoren bekannt, welche aus einer Stabspule mit einer Primärwicklung über ihre gesamte Länge bestehen. Auch die
DE 10 2005 020 926 B4 zeigt ein Getriebesteuermodul mit einem Positionserkennungssensor.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Getriebesteuermodul der vorstehenden Art zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet, und eine günstige Anordnung der Positionssensorik am Getriebesteuermodul ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Getriebesteuermodul für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebesteuermodul eine mehrlagige Leiterplatte aufweist, insbesondere eine FR-4 Leiterplatte, mittels welcher die Steuerelektronik eines Getriebesteuergeräts gebildet ist, wobei an, insbesondere mittels, der mehrlagigen Leiterplatte ferner eine Positionssensorik mit einer Sensorelektronik und einem Aufnehmer gebildet ist, derart, dass die Bauelemente der Sensorelektronik und der Aufnehmer jeweils unmittelbar an der Leiterplatte aufgenommen sind.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Getriebesteuermoduls ist die Positionssensorik eine induktive Sensorik, insbesondere eine Positionssensorik, welche einen Aufnehmer in Form mindestens einer Planarspule aufweist.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Getriebesteuermoduls sind die Bauelemente der Sensorelektronik benachbart zu dem Aufnehmer an der Leiterplatte angeordnet.
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Bei noch einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Getriebesteuermoduls sind Bauelemente der Sensorelektronik in einem gemeinsamen, geschützten Elektronikbauraum zusammen mit einer Steuerelektronik des Getriebesteuergeräts angeordnet.
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Gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen Getriebesteuermoduls ist der Aufnehmer außerhalb eines geschützten Elektronikbauraums für die Sensorelektronik angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Getriebesteuermoduls sind die Bauelemente der Sensorelektronik mittels eines an der Leiterplatte angeordneten Deckelelements eingekapselt.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Getriebesteuermoduls sind zumindest Teile der Bauelemente der Sensorelektronik an einer dem Aufnehmer abgewandten Seite der Leiterplatte, insbesondere dem Aufnehmer gegenüberliegend, angeordnet.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Getriebesteuermoduls ist die Positionssensorik zur Wegmessung oder zur Winkelmessung ausgebildet.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Getriebesteuermoduls ist wenigstens ein Bauelement der Sensorelektronik mit dem Aufnehmer und/oder mit einem weiteren Bauelement der Sensorelektronik mittels einer Leiterbahnlage, insbesondere mittels wenigstens einer Leiterbahn der Leiterplatte, vernetzt.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß auch ein Kraftfahrzeuggetriebe, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe ein erfindungsgemäßes Getriebesteuermodul aufweist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 exemplarisch ein Getriebesteuermodul in einer abgebrochenen Schnittansicht gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung; und
- 2 exemplarisch ein Getriebesteuermodul in einer abgebrochenen Schnittansicht gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 zeigt exemplarisch ein erfindungsgemäßes Getriebesteuermodul 1 in einer abgebrochenen Schnittansicht. Das erfindungsgemäße Getriebesteuermodul 1 ist zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen und z.B. als integriertes Getriebesteuermodul gebildet, z.B. für eine integrierte mechatronische Getriebesteuerung, z.B. mit einem Komponententräger (nicht dargestellt) zur Aufnahme von Aktuatoren, Steckern, Ventilen, etc.
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Das Getriebesteuermodul 1 weist erfindungsgemäß eine mehrlagige Leiterplatte 2 auf, mittels welcher eine Steuerelektronik 3 eines Getriebesteuergeräts gebildet ist. An der Leiterplatte 2 sind die elektronischen Bauelemente 4 zur Bildung der Getriebesteuerelektronik 3 angeordnet und mittels Leiterbahnen vernetzt.
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Die mehrlagige Leiterplatte 2 ist insbesondere eine FR-4 Leiterplatte, d.h. eine Leiterplatte deren Trägermaterial das Epoxidharz-Glasfasermaterial FR-4 bildet. Die Leiterplatte 2 ist hochtemperaturbeständig und z.B. eine vierlagige FR-4 Leiterplatte. Alternativ kann das Leiterplatten-Trägermaterial ein anderes zum Einsatz im Getriebe geeignetes Epoxidharz-Glasfaser-Material sein, z.B. FR-5. Die mehrlagige Leiterplatte 2 weist mehrere Leiterbahnlagen auf, welche an den (Trägermaterial-)Leiterplattenlagen angeordnet sind (Multilayer-Leiterplatte), z.B. zwei oder mehr Leiterbahnlagen zur Ausbildung von Leiterbahnen. Eine solche mehrlagige Leiterplatte 2 kann mittels herkömmlicher Leiterplattenfertigungsverfahren gefertigt sein und z.B. an einem Komponententräger des Getriebesteuermoduls 1 aufgenommen sein. Eine derartige Leiterplatte 2 als Schaltungsträger für eine Elektronik ermöglicht eine hohe Integrationsdichte elektronischer Bauelemente 4.
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Um ein erfindungsgemäß klein bauendes Getriebesteuermodul 1 zu erhalten, ist vorgesehen, an der, insbesondere mittels der, mehrlagigen Leiterplatte 2 eine Positionssensorik 5 zu bilden, so dass die üblichen Schnittstellen zur Anbindung einer solchen, als Baugruppe ausgebildeten, Positionssensorik 5 entfallen. Die erfindungsgemäße Positionssensorik 5, welche zur Bildung eines Positionssensors vorgesehen ist oder einen solchen bildet, weist eine Sensorelektronik 6 und einen Aufnehmer 7 auf. Die Positionssensorik 5 ist erfindungsgemäß derart an der Leiterplatte 2 gebildet, dass die Bauelemente 8 der Sensorelektronik 6 und der Aufnehmer 7 jeweils unmittelbar bzw. direkt an der Leiterplatte 2 aufgenommen bzw. auf diese aufgebracht sind. Die Bauelemente 8 der Sensorelektronik 6 sind z.B. elektronische Bauelemente.
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Eine solche Positionssensorik 5 dient der Positionserkennung eines Getriebeteils 9, 1, und ist insbesondere eine induktive Sensorik. Alternativ (nicht beansprucht) ist die Positionssensorik 5 zum Beispiel eine Sensorik, welche von einem kapazitiven Messprinzip Gebrauch macht oder eine Hall-Element-Sensorik oder eine andere integrationsfähige Sensorik bzw. Positionssensorik 5. Eine derartige Positionssensorik 5 kann erfindungsgemäß zur Positions- bzw. zur Wegmessung oder zur Winkelmessung genutzt werden, z.B. durch geeignete Ausbildung der Sensorelektronik 6, und z.B. absolut oder relativ messen.
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Mittels der Sensorelektronik 6 (Elektronikbeschaltung eines Positionssensors), ist z.B. eine Verarbeitung durch den Aufnehmer 7 erzeugter Positionssignale ermöglicht, z.B. eine Auswertung und/oder z.B. eine Signalaufbereitung. Für den Fall, dass der Aufnehmer 7 seine zur Messung notwendige Energie nicht aus dem Messeffekt bezieht, ist die Sensorelektronik 6 ferner z.B. zur Versorgung des Aufnehmers 7 mit elektrischer Energie ausgebildet, z.B. bei einer induktiven Sensorik.
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Mit der Sensorelektronik 6 wirkt der zugehörige Messfühler bzw. Aufnehmer 7 zusammen, welcher die mit der Position des Messobjekts korrespondierenden Signale, i.e. die Positionssignale, an die Sensorelektronik 6 liefert. Der Aufnehmer 7 ist erfindungsgemäß das Glied der Messkette, welches auf die Messgröße unmittelbar anspricht.
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Um eine Positionssensorik 5 mittels bzw. an der mehrlagigen Leiterplatte 2 bilden zu können, erstreckt sich die Leiterplatte 2 erfindungsgemäß über den zur Aufnahme der Steuerelektronik 3 vorgesehenen Bereich hinaus, so dass ein Trägersubstrat für die Bauelemente 8 sowie den Aufnehmer 7 der Positionssensorik 5 zur Verfügung steht, i.e. zu deren Anordnung und/oder Vernetzung zum Zwecke der Bildung der Positionssensorik 5. Ein Aufnahmebereich für den Aufnehmer 7 ist derart an der Leiterplatte 2 gebildet, dass sich der Aufnehmer 7 bei Anordnung der Leiterplatte 2 im Getriebe an der vorgesehenen Messposition befindet.
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1 zeigt eine mögliche erfindungsgemäße induktive Positionssensorik 5, welche mittels der mehrlagigen Leiterplatte 2 gebildet ist. Ein Aufnehmer 7 der Positionssensorik 5, z.B. ein induktiver Aufnehmer in Form einer oder mehrerer planarer Spulen 10, ist an der Leiterplatte 2 aufgenommen bzw. darauf aufgebracht, z.B. im Rahmen eines Leiterbahnfertigungsprozesses oder eines Bestückungsprozesses. Der Aufnehmer 7, vorliegend in Form der mindestens einen Planarspule 10, ist zum Beispiel auf die Leiterplatte 2 aufgedruckt, i.e. an jener Seite der mehrlagigen Leiterplatte 2, welche dem Messobjekt, z.B. dem Getriebeteil 9, zugewandt werden soll. Alternativ ist der Aufnehmer 7 z.B. auf die Leiterplatte 2 bestückt.
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Als für Wirbelströme empfängliches Bedämpfungselement für die Positionssensorik, i.e. als Betätiger, wirkt z.B. das Getriebeteil 9, dessen Position absolut oder relativ zu erfassen ist und welches relativ zu der mindestens einen planaren Spule 10 verfahrbar ist (Doppelpfeil 1 und 2). Alternativ ist ein Bedämpfungselement zum Beispiel an dem Getriebeteil 9 zur gemeinsamen Bewegung angeordnet. Das Bedämpfungselement wirkt mit dem Aufnehmer 7 zur Erzeugung eines Positionssignals zusammen, z.B. derart, dass bei Annäherung an den Aufnehmer 7 bzw. Entfernung von dem Aufnehmer 7 in Abhängigkeit vom Überdeckungszustand durch das Bedämpfungselement die Induktivität der mindestens einen Planarspule 10 verändert wird, aufgrund derer eine Position ermittelbar ist.
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Die Sensorelektronik 6, welche die mindestens eine planare Spule 10 zur Positions- bzw. Wegmessung z.B. mit hochfrequentem Wechselstrom speist, ist, insbesondere benachbart zum Aufnehmer 7, mittels bzw. an der mehrlagigen Leiterplatte 2, insbesondere der mehrlagigen FR-4 Leiterplatte gebildet, d.h. deren Bauelemente 8, z.B. ICs, sind direkt in die FR-4 Leiterplatte 2 integriert bzw. daran aufgenommen, und untereinander und/oder mit dem Aufnehmer 7 vernetzt, vorteilhaft mittels einer Leiterbahnlage der Leiterplatte bzw. mindestens einer an der Leiterplatte 2 zu diesem Zweck gebildeten Leiterbahn. Die Bauelemente 8 der Sensorelektronik 6 sind insbesondere direkt auf die Leiterplatte 2 bestückt, weiterhin insbesondere sämtlich.
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Die Bauelemente 8 der Sensorelektronik 6 und/oder der Aufnehmer 7 sowie die Steuerelektronik 3 sind z.B. in einem gemeinsamen Leiterplatten-Bestückungsprozess(schritt) an der Leiterplatte 2 anordenbar bzw. darauf bestückbar, der Aufnehmer 7 und/oder die mindestens eine Leiterbahn zur Vernetzung des Aufnehmers 7 mit den Bauelementen sowie der Bauelemente untereinander sind z.B. in einem gemeinsamen Leiterbahnfertigungsprozess(schritt) mit den Leiterbahnen der Steuerelektronik 3 bildbar und somit kostengünstig herstellbar. In einem Bestückungsprozess werden die Bauelemente 8 der Sensorelektronik 6 z.B. an derjenigen Seite der Leiterplatte 2 dauerhaft angeordnet, an welcher auch die Bauelemente 4 der Steuerelektronik 3 angeordnet werden.
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Vorzugsweise sind die Bauelemente 8 der Sensorelektronik 6 bzw. die Elektronikbeschaltung des Aufnehmers 7 in einem gemeinsamen Elektronikbauraum 11, welcher durch z.B. eine umlaufende Dichtung 12 und ein Deckelelement 13 gegen schädliche Umwelteinflüsse und Späne geschützt ist, zusammen mit den elektronischen Bauelementen 4 der Steuergeräteelektronik 3 an der Leiterplatte 2 angeordnet. So können kurze Leiterlängen zwischen Sensorelektronik 6 und Steuerelektronik 3 bei einer Vernetzung, i.e. einer elektrischen Verbindung, realisiert werden.
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Bei einer alternativen Ausführungsform gemäß 2 sind zumindest Teile der Bauelemente 8 der Sensorelektronik 6, vorzugsweise sämtliche Bauelemente 8, an einer dem Aufnehmer 7 abgewandten Seite der mehrlagigen Leiterplatte 2 dem Aufnehmer 7 gegenüberliegend angeordnet, derart, dass dort ansonsten vorhandener freier Raum zur Unterbringung bzw. Aufnahme der Bauelemente 8 genutzt werden kann.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Sensorelektronik 6 neben dem Deckelelement 13' und dem Dichtungselement 12', welche nunmehr z.B. ausschließlich die Steuerelektronik 3 kapseln, z.B. ein weiteres Deckelelement 14 sowie ein weiteres Dichtungselement 15 zur Bildung eines eigenen, geschützten Elektronikbauraums 16 zugeordnet, welches diese kapselt. Der Aufnehmer 7 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 vorzugsweise außerhalb des gekapselten Elektronikbauraums 11 bzw. 16 an der Leiterplatte 2 gebildet bzw. angeordnet. Bauelemente 8 der Sensorelektronik 6 an der dem Aufnehmer 7 abgewandten Seite der Leiterplatte 2 können z.B. mittels Vias bzw. Durchkontaktierungen an den Aufnehmer 7 elektrisch ankontaktiert werden.
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Mittels des erfindungsgemäßen Getriebesteuermoduls 1 können elektrische Schnittstellen und Gehäusefunktionen gegenüber den im Stand der Technik bekannten Lösungen eingespart werden, so dass eine Qualitätsoptimierung möglich ist. Dadurch, dass die Leiterplatte 2 das Trägersubstrat für die jeweiligen Bauelemente 8 der Sensorelektronik 6 sowie für den Aufnehmer 7 bildet, können zur Vernetzung der Bauelemente 8 untereinander als auch mit dem Aufnehmer 7 vorteilhaft Leiterbahnlagen der Leiterplatte 2 genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebesteuermodul
- 2
- mehrlagige Leiterplatte
- 3
- Steuerelektronik Getriebesteuergerät
- 4
- elektronische Bauelemente Steuerelektronik
- 5
- Positionssensorik
- 6
- Sensorelektronik
- 7
- Aufnehmer
- 8
- Bauelemente Sensorelektronik
- 9
- Getriebeteil
- 10
- Planarspule
- 11
- Elektronikbauraum
- 12, 12'
- Dichtung
- 13, 13'
- Deckelement
- 14
- weiteres Deckelement
- 15
- weitere Dichtung
- 16
- eigener Elektronikbauraum
