DE102018201422A1

DE102018201422A1 - Elektronisches Steuergerät

Info

Publication number: DE102018201422A1
Application number: DE102018201422.1A
Authority: DE
Inventors: Holger Würstlein; Florian Pohl; Luca Schätzlein; Stefan MUTZL
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2019-08-01
Also published as: US10734801B2; CN110097742B; CN110097742A; US20190237963A1

Abstract

Ein elektronisches Steuergerät (1) zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug umfasst ein Elektronikgehäuse (2) zur Aufnahme einer eine Leiterplatte (5) umfassenden Elektronik (3), sowie einen Widerstandssensor (16) zur Detektion von in das Elektronikgehäuse (2) eingedrungenem Wasser. Der Widerstandssensor (16) umfasst mindestens zwei Sensorelektroden (20), die jeweils zumindest in einem Abschnitt zum Gehäuseinnenraum (4) des Elektronikgehäuses (2) hin unisoliert vorliegen, sowie eine Steuereinheit (18), die dazu eingerichtet ist, eine zwischen den beiden Sensorelektroden (20) ausgebildete Widerstandsmessgröße zu erfassen und auszuwerten. Die Steuereinheit (18) ist weiterhin dazu eingerichtet, ein Auslösesignal auszugeben, wenn die erfasste Widerstandsmessgröße oder deren Abweichung gegenüber einem Normalwert ein Auslösekriterium erfüllen, das für einen durch die Anwesenheit von Wasser (22) in dem Elektronikgehäuse (2) verursachten Kontaktschluss zwischen den beiden Sensorelektroden (20) charakteristisch ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektronisches Steuergerät zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Kraftfahrzeug, das das elektronische Steuergerät umfasst.
In Kraftfahrzeugen werden üblicherweise diverse (Elektro-)Motoren mit Hilfe von elektronischen Steuergeräten angesteuert. Die Steuergeräte umfassen typischerweise eine Leistungselektronik, die in einem Elektronikgehäuse aufgenommen, insbesondere verkapselt oder vergossen ist. Solche elektronischen Steuergeräte sind beispielsweise Stellmotoren zur automatischen Verstellung von Fahrzeugteilen (wie z.B. Klappen, Türen, Sitze etc.) oder Motoren von Belüftungseinrichtungen zugeordnet.
Steuergeräte von Lüftermotoren hängen dabei üblicherweise (ohne zwischengeordnete Steuergeräte, das Fahrzeug-Zündschloss oder sonstige Schalter) direkt an der Fahrzeugbatterie, und sind somit dauerhaft mit der Spannungsquelle verbunden. Das ist bei modernen Lüftermotoren insbesondere deshalb notwendig, weil die Lüfter oft noch nach dem Abschalten des Fahrzeugs (z.B. durch Ziehen des Zündschlüssels) für eine bestimmte Zeit weiterlaufen sollen.
Bei Steuergeräten von Lüftermotoren zeigt sich das Eindringen von Flüssigkeit, typischerweise Wasser, in das Elektronikgehäuse als besonders problematisch. Da die Motoransteuerungen ohne Abschaltmöglichkeit direkt mit der Batteriespannung verbunden sind, fließen im Falle eines durch Wasser verursachten Kurzschlusses mitunter hohe Ströme, wodurch es im schlimmsten Fall zur Entzündung der Elektronik und ggf. des gesamten Fahrzeugs kommen kann, sogar dann, wenn das Fahrzeug nicht in Betrieb ist.
Allerdings muss eindringendes Wasser nicht zwingend einen Kurzschluss auslösen. Vielmehr kann Wasser auch zu partiellen Funktionsausfällen der Elektronik führen, die u.U. nur schwer zu erkennen sind. Insbesondere kann Wasser auch zu schleichend auftretenden Langzeitschäden führen, z.B. durch Korrosion von Leiterflächen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Steuergerät für ein Fahrzeug anzugeben, das einen besonders sicheren Betrieb gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausgestaltungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Das erfindungsgemäße Steuergerät zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug umfasst ein Elektronikgehäuse zur Aufnahme einer eine Leiterplatte umfassenden Elektronik, und einen Widerstandssensor zur Detektion von in das Elektronikgehäuse eingedrungenem Wasser. Die Elektronik umfasst Vorzugsweise (aber nicht zwingend) mindestens ein leistungselektronisches Bauteil.
Der Widerstandssensor umfasst seinerseits mindestens zwei elektrisch leitfähige Sensorelektroden, die jeweils zumindest in einem Abschnitt zum Innenraum des Elektronikgehäuses hin unisoliert (ohne elektrische Isolierung) vorliegen, sowie eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, eine zwischen den beiden Sensorelektroden ausgebildete Widerstandsmessgröße zu erfassen und auszuwerten. Die Steuereinheit ist weiterhin dazu eingerichtet, ein Auslösesignal auszugeben, wenn die erfasste Widerstandsmessgröße oder deren Abweichung gegenüber einem in Abwesenheit von Wasser erfassten Normalwert ein Auslösekriterium erfüllt, das für einen durch die Anwesenheit von Wasser in dem Elektronikgehäuse verursachten Kontaktschluss zwischen den beiden Sensorelektroden charakteristisch ist. Das zu detektierende Wasser kann z.B. als Flüssigkeitsansammlung (z.B. Tropfen oder Pfütze), als auf einer Oberfläche im Elektronikgehäuse niedergeschlagener Feuchtigkeitsfilm oder als Luftfeuchte (Wasserdampf) vorliegen. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinheit im Rahmen der Erfindung auch zur Detektion einer anderen leitfähigen Flüssigkeit eingerichtet sein.
Das elektronische Steuergerät ist mit anderen Worten dazu eingerichtet, in das Elektronikgehäuse eingedrungenes Wasser durch eine Widerstandsmessung zwischen den beiden Sensorelektroden zu erkennen. Die Erkennung beruht dabei darauf, dass sich der gemessene Widerstand im Falle eines durch das Wasser verursachten Kontaktschlusses der beiden Sensorelektroden signifikant ändert. Da die erfindungsgemäße Feuchtigkeitserfassung auf einem elektrischen Kontaktschluss zwischen den Sensorelektroden und Wasser beruht, ist es notwendig, dass die Sensorelektroden zumindest in einem Abschnitt, wahlweise auch vollständig, zum Gehäuseinnenraum hin ohne elektrische Isolation vorliegen.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ermöglicht es mit einem marginalen Mehraufwand einen eventuellen Wassereintritt in das Elektronikgehäuse festzustellen und eine geeignete Maßnahme zu ergreifen. Beispielsweise - aber nicht darauf beschränkend - wird bei einem festgestellten Wassereintritt die Elektronik deaktiviert oder ein Warnhinweis an den Fahrzeugnutzer ausgegeben („Werkstattmeldung“).
Zur Erfassung der Widerstandsmessgröße sind die beiden Sensorelektroden in einer Ausführungsform in einer Spannungsteilerschaltung geschaltet, wobei insbesondere ein Widerstands-Bauteil oder eine Widerstands-Baugruppe der Spannungsteilerschaltung durch in das Elektronikgehäuse eingedrungenes Wasser niederohmig überbrückt werden. Das Widerstands-Bauteil ist insbesondere durch einen ohmschen Widerstand realisiert. Die Widerstands-Baugruppe ist vorzugsweise durch ein RC-Glied, das durch eine Parallelschaltung eines Kondensators und eines ohmschen Widerstands realisiert ist, gebildet.
In einer alternativen Ausführungsform sind die beiden Sensorelektroden in Abwesenheit von Wasser gegeneinander isoliert, so dass in Abwesenheit von Wasser ein unendlicher Widerstand zwischen den beiden Sensorelektroden ausgebildet ist. Erst durch in das Elektronikgehäuse eindringendes Wasser sind die beiden Sensorelektroden elektrisch leitfähig miteinander kontaktierbar. In diesem Fall wird nur dann ein nicht unendlicher Widerstand zwischen den Sensorelektroden gemessen, wenn sie durch eingedrungenes Wasser überbrückt sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine der Sensorelektroden niederohmig mit der Schaltungsmasse der Elektronik („Messung gegen GND“) oder mit einem Batterie-Pluspol („Messung gegen KL30“) verbunden.
In einer Ausführungsform umfasst das Steuergerät eine oder mehrere Sensorelektroden, die auf der Leiterplatte des elektronischen Steuergeräts angeordnet sind.
Umfasst das Steuergerät mehrere durch Paare von einander zugeordneten Sensorelektroden realisierte Messstellen, so sind deren Messwerte vorzugsweise in einer logischen UND-Schaltung und/oder in einer logischen ODER-Schaltung miteinander verknüpft. Eine UND-Schaltung ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders hohe Fehlerunterdrückung (Falschauslösung), eine ODER-Schaltung ermöglicht dagegen eine besonders hohe Erkennungswahrscheinlichkeit. Kombinationen sind auch möglich.
Beispielsweise, aber nicht darauf beschränkend, ist die Sensorelektrode (bzw. sind die mehreren Sensorelektroden) folgendermaßen auf der Leiterplatte angeordnet:

- Eine Sensorelektrode oder Sensorelektroden-Paar liegt nahe der bestimmungsgemäß tiefst gelegenen Leiterplattenposition.
- Mehrere Sensorelektroden oder Sensorelektroden-Paare sind an verschiedenen Positionen angeordnet.
- Eine/mehrere Sensorelektroden oder Sensorelektroden-Paare erstrecken sich mit signifikanter Ausdehnung über die Leiterplatte zur Abdeckung eines vergleichsweise großen Bereichs, so dass bei verschiedenen Einbaulagen des Steuergeräts eindringendes Wasser sicher und frühzeitig erkannt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die beiden Sensorelektroden zwei jeweils längliche parallel zueinander angeordnete (unisolierte) Messleitungen, so dass die Wasserdetektion vorteilhafterweise in einem vergleichsweise großen Bereich realisierbar ist. In einer alternativen aber ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist nur eine der Sensorelektroden als eine (unisolierte) Messleitung ausgeführt, die zur Erfassung eines durch eingedrungenes Wasser hervorgerufenen Kontaktschlusses gegen die Elektronikmasse eingerichtet ist. Wiederum alternativ aber bevorzugt ist eine Sensorelektrode als Messleitung zur Erfassung eines Kontaktschlusses gegen den Batterie-Pluspol oder eine beliebige positive Spannung eingerichtet.
In einer vergleichsweise unaufwändig zu realisierenden Ausführungsform ist die oder jede Sensorelektrode als eine auf der Leiterplatte ausgebildete Leiterbahn ausgeführt. Die Leiterbahn ist dabei insbesondere länglich / langgestreckt, flächig oder mäanderförmig ausgebildet. In diesem Fall ist insbesondere darauf zu achten, dass zur resistiven Messung lötstopplackfreie Bereiche vorhanden sind.
In einer Ausführungsform ist das Elektronikgehäuse des Steuergeräts ganz oder teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt und wirkt als eine der beiden Sensorelektroden.
Vorzugsweise ist dabei die Elektronik aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit („EMV“) über ein RC-Glied (eine Parallelschaltung von Kondensator und Widerstand) an die Elektronikmasse angeschlossen. Das Gehäuse ist hierbei z.B. über eine Schraube mit der Elektronik kontaktiert. Durch einen Wassereintritt ändert sich in diesem Fall messbar der Widerstand (die Impedanz) zwischen Schraube und Elektronik-Masse gegen über dem Nominalwert des RC-Glieds.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das Auslösesignal nur bei einer positiv durchlaufenen Plausibilitätsprüfung auszugeben. Beispielsweise wird das Auslösesignal nur dann ausgelöst, wenn ein Wassereintritt dauerhaft über einen bestimmten Mindestzeitraum erkannt wird.
In bevorzugter Ausführungsform sind die Steuereinheit selbst, oder eine weitere Steuereinheit dazu eingerichtet, auf das Auslösesignal hin

- das Steuergerät in einen Notbetrieb zu versetzen (Notlauf des Motors bzw. der Elektronik),
- die Elektronik des Steuergeräts zu deaktivieren (insbesondere Deaktivierung der Elektronik über einen vorhandenen schaltbaren Verpolschutz),
- einen Kurzschluss der Elektronik zu bewirken, um eine zugeordnete Sicherung auszulösen (durch absichtliches Erzeugen eines Kurzschlusses innerhalb der Elektronik wird eine ohnehin vorhandene Sicherung mit großen Nennwert ausgelöst, so dass ein sicherer Zustand eintritt) und/oder
- einen Hinweis an den Fahrzeugnutzer auszugeben (beispielsweise wird der Fahrzeugnutzer aufgefordert, das Fahrzeug zum Werkstattservice zu bringen, insbesondere um das Steuergerät zu tauschen).

Der vorstehend genannte Verpolschutz ist ein Bauteil, das bei einem verpolten Anschluss der Elektronik (Vertauschung von Plus und Minus) eine Beschädigung der Elektronik verhindert. Anstatt eines passiven Verpolschutzes (Diode) wird häufig ein schaltbarer Verpolschutz (Halbleiterschalter, z.B. MOSFET verwendet). Im vorstehend genannten Ausführungsbeispiel wird dieser schaltbare Verpolschutz als Notausschalter für die Elektronik verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Erfassung der Widerstandsmessgröße

- in Ansteuerpausen der Elektronik zur Vermeidung von Interferenzen,
- im Sleep-Mode durch zyklisches Polling,
- nur im Aktiv-Mode und nach Power-On, und/oder
- nur bei Power-On der Elektronik zur Vermeidung von Interferenzen

Das erfindungsgemäße Steuergerät wird besonders bevorzugt zur Ansteuerung eines Lüftermotors in einem Fahrzeug eingesetzt. Andere Einsatzmöglichkeiten sind im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich.
Eine weitere Verkörperung der Erfindung ist die Verwendung eines Widerstandssensors zur Erkennung des Eintritts von Wasser oder einer anderen leitfähigen oder dielektrischen Flüssigkeit in ein Elektronikgehäuse eines elektronischen Steuergeräts zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Steuergerät gemäß vorstehender Beschreibung.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines elektronischen Steuergeräts mit einem Elektronikgehäuse, in welchem eine eine Leiterplatte umfassende Elektronik sowie ein zwei Sensorelektroden umfassender Widerstandssensor aufgenommen sind,
2 in schematischer Darstellung den Widerstandssensor gemäß 1, wobei die beiden Sensorelektroden in einer Spannungsteilerschaltung miteinander verschaltet sind,
3 bis 5 jeweils die Elektronik gemäß 1 in unterschiedlichen Ausführungsformen,
6 in Darstellung gemäß 1 eine alternative Ausführungsform des Steuergeräts, wobei das Elektronikgehäuse aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist und als eine der beiden Sensorelektroden des Widerstandssensor wirkt,
7 in Darstellung gemäß 2 den Widerstandssensor gemäß 6, und
8 bis 10 jeweils die Elektronik gemäß 6 in unterschiedlichen Ausführungsformen.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer grob schematischen Draufsicht ein elektronisches Steuergerät 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Steuergerät 1 dient beispielsweise als Motorsteuerung für einen Lüftermotor des Fahrzeugs.
Das Steuergerät 1 umfasst ein Elektronikgehäuse 2, sowie eine Elektronik 3, die in einem von dem Elektronikgehäuse 2 eingefassten Gehäuseinnenraum 4 aufgenommen ist.
Die Elektronik 3 dient zur Ansteuerung des Lüftermotors. Die Elektronik 3 umfasst eine Leiterplatte 5, auf der ein Mikrocontroller 10 montiert ist. Durch den Mikrocontroller 10 ist eine erste (Motor-)Steuereinheit 12 zur Ansteuerung des Lüftermotors implementiert. Weiterhin umfasst die Elektronik 3 weitere auf der Leiterplatte 5 montierte elektronische Bauteile 14. Optional handelt es sich bei mindestens einem der Bauteile 14 um ein elektronisches Leistungsbauteil, z.B. einen MOSFET.
Um das Elektronikgehäuse 2 zum Schutz der Elektronik 3 auf eindringendes Wasser hin zu überwachen, umfasst das Steuergerät 1 zudem einen Widerstandssensor 16. Der Widerstandssensor 16 umfasst eine (Sensor-)Steuereinheit 18, sowie zwei Sensorelektroden 20.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 18 des Widerstandssensor 16 ebenfalls durch den Mikrocontroller 10 realisiert. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, sind die beiden Sensorelektroden 20 jeweils als längliche Leiterbahnen der Leiterplatte 5 ausgeführt. Jede Leiterbahn verläuft dabei entlang zweier rechtwinklig zueinander stehender Außenkanten der Leiterplatte 5, so dass beide Leiterbahnen jeweils in etwa den Großbuchstaben „L“ bilden. Beide Leiterbahnen verlaufen zueinander beabstandet und parallel zueinander. Wie in der Darstellung angedeutet, ist jede der Leiterbahnen mit der Steuereinheit 18 elektrisch leitfähig verbunden. Zwei wie hier einander zugeordnete Sensorelektroden 20 sind nachfolgend gemeinsam auch als Messstelle 21 bezeichnet.
Der Widerstandssensor 16 wird dazu verwendet, potentiell in das Elektronikgehäuse 2 eingedrungenes Wasser 22 zu detektieren, und im Fall einer Detektion ein Auslösesignal auszugeben. Die Detektion beruht dabei darauf, dass eingedrungenes Wasser 22 die beiden Sensorelektroden 20 elektrisch leitfähig miteinander verbindet. Die Steuereinheit 18 ist entsprechend dazu eingerichtet, einen zwischen den beiden Sensorelektroden 20 ausgebildeten elektrischen Widerstand oder eine daraus abgeleitete Größe zu erfassen und mit einem hinterlegten Normalwert zu vergleichen, der in Abwesenheit von Wasser zwischen den beiden Sensorelektroden 20 gemessen wird. Die Steuereinheit 18 ist weiterhin dazu eingerichtet, das Auslösesignal auszugeben, wenn die Abweichung des gemessenen Widerstands von dem Normalwert einen als Auslösekriterium festgelegten Schwellwert überschreitet.
Damit ein elektrischer Kontaktschluss ermöglicht werden kann, ist es notwendig, dass die Sensorelektroden 20 zum Gehäuseinnenraum 4 hin nicht, zumindest jedoch nicht vollständig, elektrisch isoliert sind. Insbesondere ist darauf zu achten, dass lötstopplackfreie Bereiche vorhanden sind.
Die Erfassung des Widerstands erfolgt beispielsweise wie nachfolgend anhand von 2 erläutert mit Hilfe einer Spannungsteilerschaltung 30. 2 zeigt in einer Einzeldarstellung den Widerstandssensor 16, konkret den Mikrocontroller 10, die Spannungsteilerschaltung 30, sowie die beiden Sensorelektroden 20.
Der Mikrocontroller 10 umfasst einen Analog-Digital-Wandler 32 (ADC) zur digitalen Erfassung einer Messspannung UMess, die zur indirekten Erfassung der Widerstandsmessgröße herangezogen wird. Die Spannungsteilerschaltung 30 umfasst beispielsweise drei identische in Reihe geschaltete ohmsche Widerstände 34, wobei die beiden Sensorelektroden 20 beidseitig des mittleren Widerstands 34 angeschlossen sind. Werden die beiden Sensorelektroden 20, wie in der Darstellung angedeutet, durch in dem Elektronikgehäuse 2 befindliches Wasser 22 elektrisch leitfähig miteinander verbunden, wird somit der mittlere Widerstand 34 niederohmig überbrückt. Entsprechend erfasst die Steuereinheit 18 bei einer angelegten Spannung von beispielsweise 5V in Abwesenheit von Wasser eine Messspannung UMess von ≥ 3,5 V und bei einem durch eingedrungenes Wasser 22 verursachten Kontaktschluss zwischen den beiden Sensorelektroden 20 eine Messspannung UMess von etwa 2,5 V. Entsprechend gibt die Steuereinheit 18 das Auslösesignal dann aus, wenn die Messspannung UMess auf einen Wert von etwa 2,5 V abfällt.
Zusätzlich oder alternativ ist ein Kurzschluss einer der Sensorelektroden 20 zur Schaltungsmasse 36 (GND) bzw. zur Plusleitung der Batterie (KI30) detektierbar.
Die 3 bis 5 zeigen jeweils in einer Einzeldarstellung die Elektronik 3 des Steuergeräts 1 gemäß 1, wobei unterschiedliche Ausführungsformen hinsichtlich der Anordnung der Messstelle 21 gezeigt sind. Gemäß 3 umfasst das Steuergerät 1, konkret der Widerstandssensor 16 eine Messstelle 21, welche durch zwei als Sensorelektroden 20 dienende Leiterbahnen gebildet ist, die sich entlang einer Kante der Leiterplatte 5 erstrecken. In bestimmungsgemäßer Einbaulage des Steuergeräts 1 befindet sich die Messstelle 21 an der tiefsten Stelle des Steuergeräts 1, so dass sich eindringendes Wasser zunächst dort ansammelt, und frühzeitig detektiert wird.
Gemäß 4 befinden sich auf der Leiterplatte 5 mehrere jeweils durch Leiterbahnen gebildete Messstellen 21. Zwei der Messstellen 21 befinden sich an unterschiedlichen Positionen auf der Leiterplatte 5, jeweils in der Nähe des Mikrocontrollers 10, um insbesondere in diesem Bereich eine Flüssigkeitsüberwachung zu realisieren. Eine weitere Messstelle 21 ist (etwa analog zu der Ausführungsform gemäß 3) in einer Ecke der Leiterplatte 5 angeordnet, die sich in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Steuergeräts 1 an der tiefsten Stelle befindet.
Gemäß 5 ist eine der Sensorelektroden 20 als längliche Leiterstruktur (Leiterbahn) ausgeführt, die in etwa U-förmig entlang dreier Außenkanten der Leiterplatte 5 verläuft. Die andere Sensorelektrode 20 ist in diesem Fall als flächige, rechteckige Leiterstruktur ausgeführt, die von der länglichen Leiterstruktur an drei Längsseiten eingefasst ist. Die flächige Leiterstruktur umgibt ihrerseits den Mikrocontroller 10 umfänglich. Die flächige Leiterstruktur ist dabei durch eine Ground-Plane („GND-Plane“) gebildet. Bei der Ground-Plane handelt es sich um eine leitfähig beschichtete Fläche der Leiterplatte 5, die nicht als Leiterbahn genutzt wird und die mit der Schaltungsmasse verbunden ist. Solche Flächen bleiben z.B. übrig, nachdem die Leiterbahnen aus der zunächst vollflächig leitfähig beschichteten Leiterplatte herausgeätzt wurden. Diese Anordnung ermöglicht die frühzeitige Detektion von eingedrungenem Wasser, weitgehend unabhängig von der Einbaulage des Steuergeräts 1.
6 zeigt eine Ausführungsform des Steuergeräts 1, wobei das Elektronikgehäuse 2 aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist. Das Elektronikgehäuse 2 ist beispielsweise aus druckgegossenem Aluminium gefertigt. Das Elektronikgehäuse 2 ist, z.B. über eine elektrisch leitfähige Schraube 40 mit der Elektronik 3 kontaktiert. Aus EMV-Gründen ist das Gehäuse dabei mit der Schaltungsmasse 36 der Elektronik 3 nicht direkt kurzgeschlossen, sondern über ein RC-Glied 44 hochohmig angebunden. Das RC-Glied ist beispielsweise durch eine Parallelschaltung eines Kondensators mit 100 nF (Nano-Farad) und eines ohmschen Widerstands mit 100 kΩ (Kilo-Ohm) realisiert. In diesem Fall ist nur eine der Sensorelektroden 20 auf der Leiterplatte 5 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Sensorelektrode 20 durch einen flächig ausgedehnten elektrischen Leiter, beispielsweise eine Metallfolie, insbesondere eine Kupferfolie, gebildet. Die zweite Sensorelektrode 20 ist hier durch das Elektronikgehäuse 2 und die Schraube 40 gebildet.
In 7 ist der Widerstandssensor 16 in Darstellung gemäß 2 in einer Einzeldarstellung gezeigt. Hierbei ist die Steuereinheit 18 dazu eingerichtet, den Widerstand zwischen der durch Schraube 40 und Elektronikgehäuse 2 gebildeten Sensorelektrode 20 und der auf der Leiterplatte 5 angeordneten Sensorelektrode 20 zu erfassen. Der Mikrocontroller ist hierzu beispielsweise derart geschaltet:

1. Standard: Mikrocontroller-Ausgang = tristate: Motorträger ist über RC auf Masse verbunden.
2. Resistive Messung: Mikrocontroller-Ausgang = 5V.

Wenn durch eingedrungenes Wasser 22 zwischen den beiden Sensorelektroden 20 ein Kontaktschluss gebildet ist, wird nur ein geringer Widerstand gemessen. Auch in diesem Fall erfolgt die Widerstandsmessung mithilfe einer Spannungsteilerschaltung 30, wobei hier durch in das Elektronikgehäuse 2 eingedrungenes Wasser 22 der Widerstand des RC-Glieds 44 niederohmig überbrückt wird. Bei einer angelegten Spannung der oben genannten 5V wird z.B. in Abwesenheit von Wasser an der Schraube 40 eine Messspannung UMess von etwa 2,5 V gemessen, während in Anwesenheit von Wasser 22 an der Schraube 40 eine Messspannung UMess kleiner 2,5 V gemessen wird, was in diesem Fall als Auslösekriterium herangezogen wird.
Die 8 bis 10 zeigen jeweils in einer Einzeldarstellung die Elektronik 3 des Steuergeräts 1 gemäß 6, wobei unterschiedliche Ausführungsformen hinsichtlich der Anordnung der auf der Leiterplatte 5 angeordneten Sensorelektrode 20 gezeigt sind. Gemäß 8 befindet sich die flächige Sensorelektrode 20 nahe an dem Mikrocontroller 10, um insbesondere in diesem Bereich eine Wasserüberwachung zu realisieren.
Gemäß 9 umfasst das Steuergerät 1 beispielsweise zwei Sensorelektroden 20, (alternativ mehr als zwei Sensorelektroden), die in entgegengesetzten Ecken der Leiterplatte 5 angeordnet sind. Hierdurch ist eine frühzeitige Erkennung von eingedrungenem Wasser möglich, unabhängig davon, in welcher Einbaulage das Steuergerät 1 montiert ist.
Gemäß 10 ist die Sensorelektrode 20 als ein Band flächig und länglich ausgedehnt und überspannt die Leiterplatte 5 in etwa entlang der Flächendiagonalen der Leiterplatte 5. Auch in diesem Fall ist unabhängig von der Einbaulage eine frühzeitige Erkennung von eingedrungenem Wasser ermöglicht.
Unabhängig von der Ausführungsform ist die Steuereinheit 18 insbesondere dazu eingerichtet, das Auslösesignal nur dann auszugeben, wenn eine Plausibilitätsprüfung erfolgt ist, und positiv bewertet wurde. Beispielsweise wird das Auslösesignal nur dann ausgelöst, wenn ein Wassereintritt dauerhaft über einen Mindestzeitraum erkannt wird.
Auf das Auslösesignal hin veranlasst die Steuereinheit 18 selbst, vorzugsweise aber eine übergeordnete Steuereinheit dass:

- das Steuergerät 1 in einen Notbetrieb versetzt wird (Notlauf des Motors bzw. der Elektronik 3),
- die Elektronik 3 des Steuergeräts 1 deaktiviert wird (insbesondere Deaktivierung der Elektronik 3 über einen vorhandenen schaltbaren Verpolschutz),
- absichtlich ein Kurzschluss der Elektronik 3 erzeugt wird, um eine zugeordnete Sicherung auszulösen (durch absichtliches Erzeugen eines Kurzschlusses innerhalb der Elektronik 3 wird eine ohnehin vorhandene Sicherung mit großen Nennwert ausgelöst, so dass ein sicherer Zustand eintritt) und/oder
- ein Hinweis an den Fahrzeugnutzer ausgegeben wird (beispielsweise wird der Fahrzeugnutzer mittels einer Warnlampe im Cockpit dazu aufgefordert, das Fahrzeug zum Werkstattservice zu bringen, insbesondere um das Steuergerät 1 zu tauschen).

Die Erfindung wird an den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besonders deutlich, ist auf diese Ausführungsbeispiele gleichwohl aber nicht beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuergerät
2: Elektronikgehäuse
3: Elektronik
4: Gehäuseinnenraum
5: Leiterplatte
10: Mikrocontroller
12: (Motor-)Steuereinheit
14: Bauteil
16: Widerstandssensor
18: (Sensor-)Steuereinheit
20: Sensorelektrode
21: Messstelle
22: Wasser
30: Spannungsteilerschaltung
32: Analog-Digital-Wandler
34: Widerstand
36: Schaltungsmasse
40: Schraube
44: RC-Glied
UMess: Messspannung

Claims

Elektronisches Steuergerät (1) zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Elektronikgehäuse (2) zur Aufnahme einer eine Leiterplatte (5) umfassenden Elektronik (3), und einen Widerstandssensor (16) zur Detektion von in das Elektronikgehäuse (2) eingedrungenem Wasser - mit mindestens zwei Sensorelektroden (20), die jeweils zumindest in einem Abschnitt zum Gehäuseinnenraum (4) des Elektronikgehäuses (2) hin unisoliert vorliegen, sowie - mit einer Steuereinheit (18), die dazu eingerichtet ist, eine zwischen den beiden Sensorelektroden (20) ausgebildete Widerstandsmessgröße zu erfassen und auszuwerten, wobei die Steuereinheit (18) weiterhin dazu eingerichtet ist, ein Auslösesignal auszugeben, wenn die erfasste Widerstandsmessgröße oder deren Abweichung gegenüber einem Normalwert ein Auslösekriterium erfüllen, das für einen durch die Anwesenheit von Wasser (22) oder einer anderen leitfähigen Flüssigkeit in dem Elektronikgehäuse (2) verursachten Kontaktschluss zwischen den beiden Sensorelektroden (20) charakteristisch ist.
Elektronisches Steuergerät (1) nach Anspruch 1, wobei die beiden Sensorelektroden (20) in einer Spannungsteilerschaltung (30) geschaltet sind.
Elektronisches Steuergerät (1) nach Anspruch 1, wobei die beiden Sensorelektroden (20) in Abwesenheit von Wasser (22) gegeneinander isoliert sind.
Elektronisches Steuergerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine der Sensorelektroden (20) niederohmig mit der Schaltungsmasse (36) der Elektronik (3) oder mit einem Batterie-Pluspol verbunden ist.
Elektronisches Steuergerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine oder mehrere der Sensorelektroden (20) auf der Leiterplatte (5) angeordnet sind.
Elektronisches Steuergerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die oder jede Sensorelektrode (20) als eine auf der Leiterplatte (5) ausgebildete Leiterbahn ausgeführt ist, wobei die Leiterbahn insbesondere länglich, flächig oder mäanderförmig ausgebildet ist.
Elektronisches Steuergerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Elektronikgehäuse (2) ganz oder teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist und als eine der beiden Sensorelektroden (20) wirkt.
Elektronisches Steuergerät (1) nach Anspruch 7, wobei das Elektronikgehäuse (2) hochohmig über ein RC-Glied (44) an die Schaltungsmasse (36) der Elektronik (3) angeschlossen ist.
Elektronisches Steuergerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuereinheit (18) dazu eingerichtet ist, das Auslösesignal nur bei einer positiv durchlaufenen Plausibilitätsprüfung auszugeben.
Elektronisches Steuergerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinheit (18) selbst, oder eine weitere Steuereinheit dazu eingerichtet ist, auf das Auslösesignal hin - das Steuergerät (1) in einen Notbetrieb zu versetzten, - die Elektronik (3) des Steuergeräts (1) zu deaktivieren, - einen Kurzschluss der Elektronik (3) zu bewirken, um eine zugeordnete Sicherung auszulösen, und/oder - einen Warnhinweis an einen Fahrzeugnutzer auszugeben.
Kraftfahrzeug mit einem elektronischen Steuergerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verwendung eines Widerstandssensors (16) zur Erkennung des Eintritts von Wasser (22) oder einer anderen leitfähigen Flüssigkeit in ein Elektronikgehäuse (2) eines elektronischen Steuergeräts (1) zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug.