DE102017209016A1 - Method for protecting a component in a vehicle from moisture-induced failure - Google Patents

Method for protecting a component in a vehicle from moisture-induced failure Download PDF

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zum Schutz einer ersten Vorrichtung eines Fahrzeugs gegen feuchtigkeitsbedingten Ausfall, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fahrzeug eine zweite Vorrichtung angebracht wird, dass die zweite Vorrichtung auf einen Ausfall hin überwacht wird und dass bei einem Ausfall der zweiten Vorrichtung entweder eine Warnmeldung ausgegeben wird, dass ein Ausfall der ersten Vorrichtung droht, und / oder eine Funktion des Fahrzeugs eingeschränkt wird, um einem drohenden Ausfall der ersten Vorrichtung zu begegnen.Disclosed is a method of protecting a first device of a vehicle from moisture-induced failure, characterized in that a second device is mounted in the vehicle, that the second device is monitored for a failure and that issued in case of failure of the second device either a warning message is that a failure of the first device threatens, and / or a function of the vehicle is limited to counteract a threat of failure of the first device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Schutz eines Bauteils in einem Fahrzeug vor feuchtigkeitsbedingtem Ausfall.The present invention relates to methods for protecting a component in a vehicle from moisture-induced failure.

Stand der TechnikState of the art

Bei der Produktion von Fahrzeugen müssen Komponenten des Fahrzeugs, insbesondere Steuergeräte, derart ausgelegt werden, dass besonders sicherheitskritische, feuchtigkeitsbedingte Ausfälle (z.B. Brand oder Explosion der Komponente aufgrund eines Kurzschlusses) sowie weitere schwere, feuchtigkeitsbedingte Ausfälle (z.B. Liegenbleiben des Fahrzeugs aufgrund des Komponentenausfalls) in der erwarteten Nutzdauer des Fahrzeugs bzw. der Komponente erwartungsgemäß nicht auftreten. Feuchtigkeitsbedingte Ausfälle sind insbesondere Ausfälle, die bei längeren Verweildauern in hoher Feuchte entstehen. Durch häufige oder starke Feuchtigkeitswechsel und /oder starke Feuchtigkeitsspitzen kann die Zeit bis zu einem Ausfall noch weiter beschleunigt werden. Diese Anforderungen werden durch Produktvalidierung und Serienüberwachung unter Annahme eines Feldlastprofils sichergestellt. Dabei wird üblicherweise eine repräsentative Charge für die Tests ausgewählt, es findet also keine Überprüfung von einzelnen Geräten oder einzelnen Produktionschargen statt.In the production of vehicles, components of the vehicle, in particular control devices, must be designed in such a way that particularly safety-critical, moisture-related failures (eg fire or explosion of the component due to a short circuit) as well as further severe, moisture-related failures (eg vehicle stoppage due to component failure) As expected, the expected useful life of the vehicle or component does not occur. Moisture-related failures are, in particular, failures that occur in the case of prolonged dwell times in high humidity. Frequent or heavy moisture changes and / or strong moisture peaks can further accelerate the time to failure. These requirements are ensured by product validation and series monitoring assuming a field load profile. Usually, a representative batch is selected for the tests, so there is no review of individual devices or individual production batches.

Im Feld ist keine Überwachung des aktuellen bisher erreichten Feuchtigkeitsprofils, insbesondere Feuchtigkeit-Lasthorizonts, der Geräte im Feld vorgesehen. Daher erfolgt Auslegung der erwarteten Feuchtelast anhand eines Worstcase-Szenarios. Üblicherweise erfolgt ein weltweiter Verkauf, wodurch sehr unterschiedliche Feuchtelastverteilungen zu erwarten sind. Die Worstcase-Auslegung erfolgt dann für das kritischste Gebiet weltweit. Insgesamt ergeben sich dadurch extrem hohe Anforderungen an die Komponente, die in vielen Fällen oder in vielen Regionen gar nicht angezeigt sind.In the field there is no monitoring of the current moisture profile achieved so far, in particular humidity-load horizon, the devices provided in the field. Therefore, the design of the expected moisture load is based on a worst case scenario. Usually, a worldwide sale, whereby very different moisture load distributions are expected. The worst case design then takes place for the most critical area worldwide. Overall, this results in extremely high demands on the component, which are not indicated in many cases or in many regions.

Ein Verfahren zur Lebensdauerabschätzung abhängig von einer erfassten Feuchtigkeit ist beispielsweise der US 5,867,809 A zu entnehmen.A method for lifetime estimation depending on a detected humidity is for example the US 5,867,809 A refer to.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es werden Verfahren vorgeschlagen, mit denen ein Bauteil eines Fahrzeugs, und damit auch das Fahrzeug und sein Fahrer, gegen einen feuchtigkeitsbedingten Ausfall, insbesondere aufgrund einer Feuchtelast, geschützt wird. Dabei wird aus einem Ausfall eines weiteren Bauteils darauf geschlossen, dass das zu schützende Bauteil ebenfalls vom Ausfall bedroht ist und es werden entsprechende Maßnahmen getroffen, insbesondere eine Fehlermeldung insbesondere an den Fahrer ausgegeben oder Funktionen im Fahrzeug eingeschränkt. Das weitere Bauteil ist hierzu insbesondere derart ausgelegt, dass sein feuchtigkeitsbedingter Ausfall vor dem feuchtigkeitsbedingten Ausfall des zu schützenden Bauteils erfolgt bzw. zu erwarten ist.Methods are proposed with which a component of a vehicle, and thus also the vehicle and its driver, is protected against a moisture-related failure, in particular due to a moisture load. It is concluded from a failure of another component to the fact that the component to be protected is also threatened by failure and appropriate measures are taken, in particular an error message issued in particular to the driver or functions in the vehicle limited. For this purpose, the further component is in particular designed in such a way that its moisture-related failure takes place before the moisture-related failure of the component to be protected or is to be expected.

Hierdurch ist ein individueller Schutz für die konkreten Bauteile realisiert, durch welchen zu hohe Anforderungen an die Bauteile aufgrund eines Worstcase-Szenarios nicht mehr nötig sind.As a result, an individual protection for the specific components is realized by which too high demands on the components due to a worst case scenario are no longer necessary.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Verfahren für einen oder mehrere Schaltkreise eines Steuergeräts durchgeführt. Das Opfer-Bauteil, insbesondere ein speziell hierfür vorgesehener Widerstand, kann hierbei in dem zu schützenden Steuergerät integriert sein. Hierdurch ist insbesondere eine räumliche Nähe mit den gleichen oder sehr ähnlichen Feuchtigkeitsbedingungen gewährleistet.In a preferred embodiment, the method is carried out for one or more circuits of a control device. The sacrificial component, in particular a resistor specially provided for this purpose, can in this case be integrated in the control unit to be protected. This ensures, in particular, a spatial proximity with the same or very similar moisture conditions.

Werden mehrere Schaltkreise des gleichen Steuergeräts geschützt, können die jeweiligen Opfer-Bauteile durch einen gemeinsamen Messkanal auf einen Ausfall überwacht werden, wodurch Hardwareaufwand eingespart werden kann.If multiple circuits of the same controller protected, the respective victim components can be monitored by a common measurement channel for a failure, which can be saved hardware.

Zeichnungdrawing

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt 1 schematisch ein beispielhaftes Steuergerät eines Fahrzeugs.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and to exemplary embodiments. It shows 1 schematically an exemplary control device of a vehicle.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem eine spezielle Vorrichtung in einem Fahrzeug beobachtet wird, die derart eingerichtet ist, dass sie unter bestimmten Feuchtigkeitsbedingungen, insbesondere oberhalb einer kritischen Feuchtelast, ausfällt. Die Feuchtigkeitsbedingungen sind dabei derart gewählt, dass für eine wichtige Komponente des Fahrzeugs oberhalb dieser Feuchtigkeitsbedingungen ein Ausfall nicht mehr ausgeschlossen werden kann. Der Ausfall der speziellen Vorrichtung wird einem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt, so dass dieser die wichtige bzw. kritische Komponente des Fahrzeugs vorbeugend austauschen kann, bevor deren Ausfall aufgrund der Verweildauer in hoher Feuchte erfolgt. Starke oder häufige Feuchtigkeitswechsel und /oder starke Spitzen von hoher Feuchtigkeit können die Zeit bis zum Ausfall zusätzlich beschleunigen. Alternativ oder zusätzlich zu der Anzeige können auch Fahrzeugfunktionen eingeschränkt werden, um einerseits die Sicherheit des Fahrzeugs zu erhöhen, da ein Ausfall der wichtigen bzw. kritischen Komponente zu befürchten ist, um andererseits aber auch den Fahrer zu einem Austausch der wichtigen bzw. kritischen Komponente anzuhalten.A method is proposed in which a special device is observed in a vehicle which is set up so that it fails under certain humidity conditions, in particular above a critical moisture load. The moisture conditions are chosen such that failure can no longer be ruled out for an important component of the vehicle above these moisture conditions. The failure of the special device is displayed to a driver of the vehicle so that it can preventively replace the important or critical component of the vehicle before its failure occurs due to the residence time in high humidity. Heavy or frequent changes in humidity and / or heavy peaks of high humidity can additionally accelerate the time to failure. As an alternative or in addition to the display, vehicle functions can also be restricted in order to increase the safety of the vehicle on the one hand, since a failure of the important or critical component is to be feared, but on the other hand also to stop the driver from exchanging the important or critical component ,

Bei der speziellen Vorrichtung handelt es sich dabei also sozusagen um eine Opfer-Vorrichtung, die insbesondere nur zur beschriebenen Anzeige überschrittener Feuchtigkeitsbedingungen dient. In the case of the special device, it is thus, as it were, a sacrificial device which, in particular, serves only for the described indication of exceeded moisture conditions.

Als wichtige bzw. kritische Komponenten werden vorzugsweise Schaltkreise von Steuergeräten des Fahrzeugs geschützt. Diese Schaltkreise können beispielsweise einen Mikrocontroller eines Fahrzeugsteuergeräts umfassen. Steuergeräte in Fahrzeugen werden beispielsweise gegen das Fehlerbild CAF (conductive anodic filament) ausgelegt. Als spezielle Opfervorrichtung können hier eine oder mehrere CAF-Teststrukturen vorgesehen werden. Solche CAF-Teststrukturen sind definierte Anordnung von Bohrungen und Leiterbahnen in definierten Abständen auf einer Leiterplatte. Hierfür kann auf einer Leiterplatte des Steuergeräts vorhandene ungenutzte Fläche verwendet werden. Durch spezifische Abstände der Elemente der Teststruktur und die angelegte Spannung inklusive Zeitverhalten, wird die Teststruktur derart ausgelegt, dass ein Kurzschluss durch eine hohe Feuchtelast (erwartungsgemäß) zuerst in der Teststruktur auftritt und nicht an anderen, gegebenenfalls kritischen Punkten der Schaltung. Derart wird die Opfervorrichtung vorzugsweise in einem Schaltkreis des zu schützenden Geräts vorgesehen.As important or critical components preferably circuits are protected by control units of the vehicle. These circuits may include, for example, a microcontroller of a vehicle control device. Control units in vehicles are designed, for example, against the fault pattern CAF (conductive anodic filament). As a special sacrificial device, one or more CAF test structures can be provided here. Such CAF test structures are a defined arrangement of holes and printed conductors at defined intervals on a printed circuit board. For this purpose, existing on a circuit board of the controller unused area can be used. By specific distances of the elements of the test structure and the applied voltage including time behavior, the test structure is designed such that a short circuit due to a high moisture load (as expected) occurs first in the test structure and not at other, possibly critical points of the circuit. Thus, the sacrificial device is preferably provided in a circuit of the device to be protected.

Die Detektion eines Ausfalls der Opfer-Vorrichtung erfolgt vorzugsweise durch eine Unterbrechung eines elektrischen Kontakts an der Opfer-Vorrichtung, insbesondere durch einen feuchtigkeitsbedingten Fehler wie einen Kurzschluss. Dies erfordert lediglich einen zusätzlichen Messkanal in dem Steuergerät, z.B. für Spannung. Mehrere unabhängige Schaltkreise in dem Steuergerät können durch mehrere Opfer-Vorrichtungen überwacht werden, wobei bei geeigneter Auslegung eine gemeinsame Überwachung über einen einzigen Messkanal möglich ist.The detection of a failure of the sacrificial device is preferably carried out by an interruption of an electrical contact on the sacrificial device, in particular by a moisture-related error such as a short circuit. This only requires an additional measurement channel in the controller, e.g. for tension. Multiple independent circuits in the controller may be monitored by multiple sacrificial devices, with common design allowing for common monitoring over a single measurement channel.

Entsprechend ist in 1 schematisch ein Steuergerät 1 eines Fahrzeugs gezeigt, welches drei unabhängige Schaltkreise 11, 12 und 13 umfasst. Die Schaltkreise 11, 12 und 13 sind dabei mit jeweils einer Opfer-Vorrichtung 110, 120 bzw. 130 ausgestattet. Deren Ausfall kann über einen gemeinsamen Messkanal 14 erfasst und im Steuergerät, insbesondere durch Recheneinheiten des Steuergeräts ausgewertet werden. Das Steuergerät verfügt weiterhin über Schnittstellen, das Ergebnis der Auswertung im Fall eines Ausfalls der Opfervorrichtung an weitere Einheiten im Fahrzeug oder an den Fahrer auszugeben.Accordingly, in 1 schematically shown a control device 1 of a vehicle, which three independent circuits 11 . 12 and 13 includes. The circuits 11 . 12 and 13 are each with a sacrificial device 110 . 120 respectively. 130 fitted. Their failure can via a common measuring channel 14 recorded and evaluated in the control unit, in particular by computing units of the control unit. The control unit also has interfaces to output the result of the evaluation in case of failure of the sacrificial device to other units in the vehicle or to the driver.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung können auch mehrstufige Opfervorrichtungen vorgesehen werden, um den kritischen Zeitpunkt noch genauer zu bestimmen und die Feuchtelast genauer zu überwachen. Das Signal des Messkanals zur Bestimmung des Ausfalls kann über die vorhanden Softwarefunktionen an den Fahrer oder das Fahrzeug kommuniziert werden.In a further preferred embodiment, multi-stage sacrificial devices can be provided to more precisely determine the critical time and to monitor the moisture load more accurately. The signal of the measuring channel for determining the failure can be communicated to the driver or the vehicle via the existing software functions.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 5867809 A [0004]US 5867809 A [0004]

Claims (9)

Verfahren zum Schutz einer ersten Vorrichtung eines Fahrzeugs gegen feuchtigkeitsbedingten Ausfall, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fahrzeug eine zweite Vorrichtung angebracht wird, dass die zweite Vorrichtung auf einen Ausfall hin überwacht wird und dass bei einem Ausfall der zweiten Vorrichtung entweder eine Warnmeldung ausgegeben wird, dass ein Ausfall der ersten Vorrichtung droht, und / oder eine Funktion des Fahrzeugs eingeschränkt wird, um einem drohenden Ausfall der ersten Vorrichtung zu begegnen.A method for protecting a vehicle from a moisture-related failure first device, characterized in that a second device is mounted in the vehicle, that the second device is monitored for a failure and that in case of failure of the second device either a warning message is issued that a failure of the first device threatens, and / or a function of the vehicle is limited to counteract a threat of failure of the first device. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass ein feuchtigkeitsbedingter Ausfall der zweiten Vorrichtung früher zu erwarten ist als der feuchtigkeitsbedingte Ausfall der ersten Vorrichtung.Method according to Claim 1 , characterized in that the second device is arranged such that a moisture-related failure of the second device is expected earlier than the moisture-related failure of the first device. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der feuchtigkeitsbedingte Ausfall der ersten Vorrichtung und der zweiten Vorrichtung erfolgt, wenn die Feuchtigkeit länger als einen vorbestimmten Zeitraum eine vorbestimmte Größe überschreitet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the moisture-related failure of the first device and the second device takes place when the moisture exceeds a predetermined size for longer than a predetermined period. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung im Fahrzeug in räumlicher Nähe zu der ersten Vorrichtung, insbesondere als Teil der ersten Vorrichtung angebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second device is mounted in the vehicle in spatial proximity to the first device, in particular as part of the first device. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung ein Steuergerät des Fahrzeugs, insbesondere ein Schaltkreis des Steuergeräts des Fahrzeugs ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first device is a control device of the vehicle, in particular a circuit of the control device of the vehicle. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung eine Teststruktur aus Bohrungen und Leiterbahnen auf einer Leiterplatte des Steuergeräts des Fahrzeugs ist.Method according to Claim 5 , characterized in that the second device is a test structure of holes and tracks on a circuit board of the control device of the vehicle. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausfall der zweiten Vorrichtung durch einen Wegfall eines elektrischen Kontakts oder einen Kurzschluss festgestellt wird.Method according to Claim 6 , characterized in that the failure of the second device is detected by an elimination of an electrical contact or a short circuit. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Vorrichtungen mit jeweils einer zweiten Vorrichtung geschützt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of first devices are each protected with a second device. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren zweiten Vorrichtungen über einen gemeinsamen Messkanal überwacht werden.Method according to Claim 8 , characterized in that the plurality of second devices are monitored via a common measuring channel.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5867809A (en) 1994-05-16 1999-02-02 Hitachi, Ltd. Electric appliance, printed circuit board, remained life estimation method, and system thereof

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