DE10301952A1

DE10301952A1 - Kombiinstrument

Info

Publication number: DE10301952A1
Application number: DE10301952A
Authority: DE
Inventors: Walter Heller; Rene Müller-Miro
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kombiinstrument, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Anzeigebereich (2), welche mindestens eine Anzeigeeinheit (3) aufweist, deren Anzeige mittels eines Controllers (4) gesteuert wird, der auf einer Leiterplatte angeordnet ist. Der Einsatz der neuesten Halbleitertechnologien in bisherigen Kombiinstrumenten ist sehr kostenintensiv. Die Erfindung schafft hier Abhilfe, indem das Kombiinstrument zwei Leiterplatten (7, 5) aufweist, wobei die erste Leiterplatte (7) mit Anzeigeneinheiten (3a, 3b, 3c, 3d) des Anzeigebereichs (2) elektrisch verbunden ist und die zweite Leiterplatte (5) mit der ersten Leiterplatte (7) mittels mindestens einer ersten Leiterverbindung (6) elektrisch verbunden ist, wobei die erste Leiterplatte (7) im Wesentlichen Trägerin der Anzeigeneinheiten (3a, 3b, 3c, 3d) ist und auf der zweiten Leiterplatte (5) ein Master-Controller (4) angeordnet ist, welcher Steuersignale generiert, die via der ersten Leiterverbindung (6) an die erste Leiterplatte (7) übermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kombiinstrument, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Anzeigebereich, welcher mindestens eine Anzeigeneinheit aufweist, deren Anzeige mittels eines Controllers gesteuert wird, der auf einer Leiterplatte angeordnet ist.
Im Zuge des rasanten Fortschritts im Bereich der Halbleitertechnologie steigen die technischen Anforderungen an Kombiinstrumentierungen im Kraftfahrzeug stetig an. Die scharfe Wettbewerbssituation stellt an die technischen Konzepte zusätzlich strenge wirtschaftliche Anforderungen. Hier sei vor allem auf den Einsatz von hochauflösenden Anzeigeeinheiten hingewiesen, welche für die Darstellung von Informationen einer zunehmend umfangreichen Steuerung bedürfen. Um diesem Bedarf nachzukommen, ist der bedingungslose Einsatz der neuesten Halbleitertechnologien notwendig.
Der Einsatz der neuesten Halbleitertechnologien in Kombiinstrumenten der vorgenannten Art geht mit hohen Kosten auch für die umliegenden Komponenten einher. So steigt beispielsweise mit zunehmender Taktfrequenz die Wärmeentwicklung einer CPU und es muss neben einer aufwendigen Kühlung auch für ein hochwertiges Leiterplattenmaterial gesorgt werden, welches den anstehenden Temperaturen standhält. Da trotz erhöhter Leistungen die Größe des zur Verfügung stehenden Bauraumes nicht zunimmt, müssen die Leiterbahnen auf den Leiterplatten zunehmend enger angeordnet werden, was zusätzliche Anforderungen an das Material stellt. So geht man dazu über, statt zweischichtiger Leiterplatten auch so genannte Multilayer-Leiterplatten, in der Regel mehrere Schichten auf hochwertigem Basismaterial, einzusetzen. Weitere Probleme werden im Rahmen des Designs der Leiterplatte durch Sperrflächen für Kombistecker, Controller, und Schnittstellen aufgeworfen, welche dem Design ungünstige Restriktionen auferlegen. Aufgrund der vorgenannten Anforderungen kommt es somit auf den Leiterplatten teilweise zu lokalen Häufungen von Leiterbahnen und somit zu konstruktiv ungünstigen Engpässen und zu einem umständlichen Verlauf der Leiterbahnen. Mitunter können Wünsche bezüglich des Layouts des Kombiinstruments aufgrund von technischen Problemen im Leiterplattenlayout schlicht nicht verwirklicht werden. In jedem Fall treibt der Einsatz der neuesten Halbleitertechnologien in den ansonsten bekannten Kombiinstrumenten den Aufwand und die Kosten in der Entwicklung, Materialbereitstellung und Fertigung in die Höhe.

Ausgehend von den beschriebenen Problemen hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, ein Kombiinstrument zu schaffen, welches stets den Einsatz der neuesten Halbleitertechnologien bei geringen Kosten und bei geringem Aufwand für die Entwicklung, Materialbeschaffung und Fertigung unter optimalen Betriebsbedingungen der in dem Kombiinstrument enthaltenen Einzelkomponenten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Kombiinstrument der eingangs genannten Art gelöst, welches zwei Leiterplatten aufweist, eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte, wobei die erste Leiterplatte mit Anzeigeneinheiten des Anzeigebereichs elektrisch verbunden ist und die zweite Leiterplatte mit der ersten Leiterplatte mittels mindestens einer ersten Leiterverbindung elektrisch verbunden ist, wobei die erste Leiterplatte im Wesentlichen Trägerin der Anzeigen einheiten ist und auf der zweiten Leiterplatte ein Master-Controller angeordnet ist, welcher Steuersignale generiert, die via der ersten Leiterverbindung an die erste Leiterplatte übermittelt werden.

Ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Kombiinstruments liegt in der Trennung der Leiterplatten in eine Leiterplatte für die Befestigung und Kontaktierung der einzelnen Anzeigeneinheiten und in eine für die Einbindung des Master-Controllers in das System. Der Master-Controller entstammt hierbei der neuesten Halbleitertechnologie und stellt hohe Anforderungen an die umliegenden Komponenten, insbesondere an die verwendete Leiterplatte hinsichtlich der Anordnung der Leiterbahnen und der Temperaturbeständigkeit. Im Gegensatz dazu kann die erste Leiterplatte, auf welcher die Anzeigeneinheiten angeordnet sind aus einem weniger hochwertigen Material bestehen. Daneben wird die erste Leiterplatte von den in der Regel verhältnismäßig großen Sperrflächen für den Master-Controller und den Kombistecker befreit und steht sehr viel flexibler für die Gestaltung des Leiterplattenlayouts bzw. der Anzeige des Kombiinstruments zur Verfügung. Der vorgeschlagene modulare Aufbau ermöglicht darüber hinaus die Implementierung von Weiterentwicklungen, vor allem im Softwarebereich, durch schlichtes Austauschen der zweiten Leiterplatte, welche Trägerin der Funktionalität ist. Andererseits kann auch das Design des Kombiinstruments einfacher als bisher verändert werden, indem die erste Leiterplatte, als Trägerin des Designs des Kombiinstruments in der Serie ausgetauscht wird, ohne die zweite Leiterplatte zu verändern. Weitere Vorteile ergeben sich im Rahmen von Wartungsarbeiten und Reparaturen sowie bei der Implementierung von Hardware- und Software-Upgrades.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Leiterplatte alleinige Trägerin der Anzeigeeinheiten ist. Bei dieser Ausführungsvariante kommen die Vorteile der Erfindung in vollem Umfang zum Tragen, da das Erscheinungsbild des gesamten Kombiinstrumentes verändert werden kann, ohne dass eine Veränderung der zweiten Leiterplatte erforderlich ist.

Damit die erste Leiterverbindung zwischen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte weder überlastet ist noch eine ungebührlich hohe Anzahl an Kanälen aufweisen muss, ist es zweckmäßig, wenn die erste Leiterplatte einen Slave-Controller aufweist, dessen Aufgabe die direkte Ansteuerung der Anzeigeeinheiten ist. Auf diese Weise kann den mittels der ersten Leiterverbindung übermittelten Einzelsignalen ein höherer Informationsgehalt verliehen werden, welche ihrerseits eine Auswertung durch den Slave-Controller erfahren. Trotzdem benötigt der Slave-Controller nur eine begrenzte Leistung, da sich die Anforderungen an den Slave-Controller im wesentlichen an der Anzahl der anzusteuernden Anzeigeeinheiten bemessen, welche auch im Rahmen der zukünftigen Entwicklung voraussichtlich weitestgehend konstant bleiben wird.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Leiterplatte eine Betriebsspannung von 5 Volt aufweist. Diese Ausführung erweist sich vor allem deshalb als zweckmäßig, weil heutige Standard-CPU's und die Anzeigeelemente, wie zum Beispiel Schrittmotore mit einer Spannung von 5 Volt zu betreiben sind. Anders verhält es sich mit dem Master-Controller, welcher mit geringerer Spannung zu betreiben ist und bei dem eine Tendenz zu stetig niedrigerer Spannung erkennbar ist.

Damit alle technischen Freiheitsgrade beim Design der Displayanzeige des Kombiinstruments ausgenutzt werden können, ist es zweckmäßig, wenn die erste Leiterplatte im Wesentlichen die flächige Ausdehnung des Anzeigebereichs aufweist. Da an das Material der ersten Leiterplatte keine hohen Anforderungen gestellt werden, kann hier ein großzügiges Format gewählt werden mit großen Abständen zwischen den einzelnen Leiterbahnen und gegebenenfalls mit ungenutzten Flächen, welche für eine nachfolgende Änderung des Designs zur Verfügung stehen können.

Im Sinne der Kostenersparnis ist es zweckmäßig, wenn die erste Leiterplatte aus einem kostengünstigen, einseitig kaschierten Basismaterial besteht. Diese Leiterplatten sind in der Regel von einer Seite bearbeiten, zum Beispiel mit Leiterbahnen aus Kupfer versehen. Preislich der Klasse der kostengünstigen Leiterplatten sind auch so genannte Crossover-Ausführungen zuzurechnen. Üblich ist hier die Anwendung der Silver-Crossover-Technologie.

Damit die zweite Leiterplatte stets den hohen technischen Anforderungen genügt, ist hier die Verwendung von einem höherwertigen, vorzugsweise zweiseitig kaschierten Basismaterial zweckmäßig.

Da die Auswertung der meisten Messergebnisse an dem Fahrzeug durch den Master-Controller erfolgt, ist es zweckmäßig, wenn die Schnittstellen der extern angeschlossenen Komponenten vorzugsweise ausschließlich auf der zweiten Leiterplatte angeordnet sind. Auf diese Weise wird die erste Leiterplatte auch frei von Sperrflächen für diese elektrischen Verbindungen gehalten. Des Weiteren ist es vor allem aus Gründen der Fertigung zweckmäßig, wenn eine erste Steckverbindung für die erste Leiterverbindung zwischen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte auf der zweiten Leiterplatte angeordnet ist. Das andere Ende der Leiterverbindung wird dann vorzugsweise auf die erste Leiterplatte aufgebügelt.

Bei neueren Kombiinstrumenten wird entweder für ein Teil oder für den gesamten Anzeigebereich ein LC-Display verwendet. Je nach räumlicher Anordnung kann es, insbesondere bei einer nur teilweisen Ausstattung mit einem LC-Display vorteilhaft sein, wenn das LC-Display mittels einer zweiten Leiterverbindung mit der zweiten Leiterplatte elektrisch verbunden ist und das LC-Display die Steuersignale direkt von dem Master-Controller empfängt.

Damit kostengünstige Standard-Komponenten, insbesondere für den Master-Controller verwendet werden können, ist es sinnvoll, wenn auf der zweiten Leiterplatte eine an die Betriebsspannung des Master-Controllers angepasste zweite Spannungsquelle angeordnet ist. Zum Schutz des Schaltkreises der zweiten Leiterplatte ist es darüber hinaus sinnvoll, wenn die zweite Leiterplatte einen Überspannungsschutz aufweist. Daneben sollte der Treiber für das Car-Area-Network (CAN) ebenfalls auf der zweiten Leiterplatte angeordnet sein.

Im Folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung zur Verdeutlichung der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung der funktionellen Anordnung eines erfindungsgemäßen Kombiinstruments.
In 1 ist ein Kombiinstrument 1 mit einem Anzeigebereich 2 schematisch dargestellt. Das erfindungsgemäße Kombiinstrument umfasst zwei Leiterplatten 7, 5, eine erste Leiterplatte 7 und eine zweite Leiterplatte 5. Die beiden Leiterplatten 5, 7 stehen über eine erste Leiterverbindung 6 miteinander in Verbindung.
Auf der ersten Leiterplatte 7 sind sämtliche Anzeigeeinheiten 3 angeordnet, umfassend eine Geschwindigkeitsanzeige 3a, einen Drehzahlmesser 3b, verschiedene Warnleuchten 3c, Statusanzeigen 3d, und ein Mehrzweck-LC-Display 12. Des Weiteren ist auf der ersten Leiterplatte 7 ein Slave-Controller 8 angeordnet. Der Slave-Controller 8 steuert Schrittmotore für verschiedene Anzeigeeinheiten 3a, 3b, Leuchtdioden, verschiedene Anzeigeeinheiten 3, die akustische Ausgabe von Lautsprechern 3e und umfasst einen Analog-Digital-Wandler.
Auf der zweiten Leiterplatte 5 ist im Wesentlichen eine Standard-CPU als Master-Controller 4 angeordnet und daneben eine erste Spannungsquelle 14a, welche eine Spannung von 5 Volt für die erste Leiterplatte bereitstellt, eine der Betriebsspannung des Master-Controllers 5 angepasste zweite Spannungsquelle 14b, ein Treiber 15 für das Car-Area-Network 16, ein Überspannungsschutz 17, verschiedene Schnittstellen 9 für extern angeschlossene Komponenten 10 sowie eine erste Steckverbindung 11 für die erste Leiterverbindung 6, und eine zweite Steckverbindung 11a für eine zweite Leiterverbindung 13 zwischen der ersten Leiterplatte 7 und dem LC-Display 12. Die einzige elektrische Verbindung des Kombiinstruments 1 zu weiteren Bauelementen des Fahrzeugs ist ein Gerätestecker 18.
Die einzelnen Anzeigeeinheiten 3 sind an der ersten Leiterplatte 7 befestigt und mit dieser elektrisch verbunden. Die direkte Ansteuerung der Anzeigeeinheiten 3 erfolgt mittels des Slave-Controllers 8, welcher mit herkömmlicher 5 Volt-Technologie betrieben wird. Die erste Leiterplatte besteht aus einem einseitig kaschierten Basismaterial. Die Abmaße der ersten Leiterplatte 7 entsprechen der Größe des Kombiinstrument s 1 (etwa 4 dm²) .
Die zweite Leiterplatte 5 besteht aus hochwertigem, zweiseitig kaschiertem Basismaterial. Mit etwa 1 dmz ist sie in der flächenmäßigen Ausdehnung weniger als halb so groß, wie die erste Leiterplatte 7.
Die erste Leiterplatte 7 und die darauf angeordneten Komponenten (4, 5, 9, 11, 14a, 15, 17) bilden den funktionellen Teil des Kombiinstruments 1, in dem die über das Car-Area-Network 16 eingespielten Daten ausgewertet werden. Über die als Businterface ausgebildete erste Leiterverbindung 6 werden Steuersignale an den Slave-Controller 8 übermittelt. Der Slave-Controller 8 setzt diese Informationen in Ansteuersignale für die einzelnen Anzeigeeinheiten 3 um. Das LC-Display 12 auf der ersten Leiterplatte 7 erfährt eine direkte Ansteuerung von dem Mastercontroller 4 über eine zweite Leiterverbindung 13 ausgehend von der zweiten Leiterplatte 5.

1: Kombiinstrument
2: Anzeigebereich
3: Anzeigeneinheit
3a: Geschwindigkeitsanzeige
3b: Drehzahlmesser
3c: Warnleuchte
3d: Statusanzeige
3e: Lautsprecher
4: Master-Controller
5: Zweite Leiterplatte
6: Erste Leiterverbindung
7: Erste Leiterplatte
8: Slave-Controller
9: Schnittstellen
10: Extern angeschlossene Komponenten
11: Erste Steckverbindung
11a: Zweite Steckverbindung
12: LC-Display
13: Zweite Leiterverbindung
14a: erste Spannungsquelle
14b: zweite Spannungsquelle
15: Treiber für das Car-Area-Network (CAN)
16: Car-Area-Netword (CAN)
17: Überspannungsschutz
18: Gerätestecker

Claims

Kombiinstrument, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Anzeigebereich (2), welcher mindestens eine Anzeigeneinheit (3) aufweist, deren Anzeige mittels eines Controllers (4) gesteuert wird, der auf einer Leiterplatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , dass das Kombiinstrument zwei Leiterplatten (7, 5) aufweist, eine erste Leiterplatte (7) und eine zweite Leiterplatte (5), wobei die erste Leiterplatte (7) mit Anzeigeneinheiten (3a, 3b, 3c, 3d) des Anzeigebereichs (2) elektrisch verbunden ist und die zweite Leiterplatte (5) mit der ersten Leiterplatte (7) mittels mindestens einer ersten Leiterverbindung (6) elektrisch verbunden ist, wobei die erste Leiterplatte (7) im Wesentlichen Trägerin der Anzeigeneinheiten (3a, 3b, 3c, 3d) ist und auf der zweiten Leiterplatte (5) ein Master-Controller (4) angeordnet ist, welcher Steuersignale generiert, die via der ersten Leiterverbindung (6) an die erste Leiterplatte (7) übermittelt werden.
Kombiinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte (7) alleinige Trägerin der Anzeigeeinheiten (3a, 3b, 3c, 3d) ist.
Kombiinstrument nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Leiterplatte (7) einen Slave-Controller (8) aufweist, dessen Aufgabe die direkte Ansteuerung der Anzeigeeinheiten (3a, 3b, 3c, 3d) ist.
Kombiinstrument nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte (7) eine Betriebsspannung von 5 V aufweist.
Kombiinstrument nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Leiterplatte (7) im Wesentlichen die flächige Ausdehnung des Anzeigebereichs (2) aufweist.
Kombiinstrument nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeich– net , dass die erste Leiterplatte (7) aus einem kostengünstigen, einseitig kaschierten Basismaterial besteht.
Kombiinstrument nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leiterplatte (5) aus einem hochwertigen, vorzugsweise zweiseitig kaschierten Basismaterial besteht.
Kombiinstrument nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Leiterplatte (5) die Schnittstellen (9) der extern angeschlossenen Komponenten (10) und/oder mindestens eine Steckverbindung (11, 11a) für eine Leiterverbindung (6, 13) angeordnet sind.
Kombiinstrument nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Leiterplatte (7) ein LC-Display (12) angeordnet ist, welches mit der zweiten Leiterplatte (5) über eine zweite Leiterverbindung (13) elektrisch verbunden ist und via der zweiten Leiterverbindung (13) Steuersignale direkt von dem Master-Controller (4) empfängt.
Kombiinstrument nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Leiterplatte (5) eine der Betriebsspannung des Master-Controller angepasste zweite Spannungsquelle (14b) und/oder ein Treiber (15) für das Car-Area-Network (CAN) (16) und/oder ein Überspannungsschutz (17) angeordnet sind.