JP2012511464A - 制御装置の少なくとも１つの構成要素の状態を検出するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、制御装置の少なくとも１つの構成要素の状態を検出するための方法に関する。少なくとも１つの構成要素の温度を検出し、ある期間にわたり検出される複数の温度に関して、温度変化の特性を識別して記録し、記録された温度変化を前記状態の検出に使用する。さらに本発明は、制御装置の少なくとも１つのコンポーネントの状態を検出する装置、制御装置、コンピュータプログラムおよびコンピュータプログラム製品に関する。

Description

本発明は、制御装置の少なくとも１つの構成要素の状態を検出するための方法、制御装置の構成要素の状態を検出するための装置、制御装置、コンピュータプログラムおよびコンピュータプログラム製品に関する。

背景技術
電子装置、例えば自動車用の制御装置は作動中に消耗し、これによって時間が経つと装置が損傷し、もはや機能しなくなる可能性がある。この種の損傷を早期に識別するためには、通常の場合、装置を取り外して開き、それによって装置内の構成要素を検査できるようにする必要がある。

発明の概要
本発明は、制御装置の少なくとも１つの構成要素の状態を検出するための方法に関する。この方法では、少なくとも１つの構成要素の温度が検出されるか、もしくは求められ、ある期間にわたり検出されるか、もしくは求められる複数の温度に関して温度変化の特性が識別および記録され、記録された温度変化が状態の検出に使用される。

状態を検出することによって、殊に構成要素の経年劣化を求めることができる。これは例えば、一般的に異なる材料が相互に結合または接合されている場合には、構成要素の結合個所ないし接合個所の経年劣化に関する。この種の結合個所ないし接合個所をはんだ個所ないしはんだ接合個所として形成することができる。

通常の場合、検出された全ての温度が記憶されるのではなく、通常は時間に依存する温度変化の包括的な選択が行われる。比較的長い期間にわたる温度変化を考察することによって、少なくとも１つの構成要素、したがって構成要素の少なくとも１つのはんだ個所も、どのような熱負荷に曝されているかを求めることができる。

さらには、検出された温度から温度変化を識別するために、温度の局所的な最大値と局所的な最小値の温度差に相当する、少なくとも１つの温度デルタが検出および記録される。結合個所または接合個所は制御装置に作動時に生じる温度変化に非常に影響を受けるので、それらの個所の経年劣化が温度変化によって加速する可能性がある。

少なくとも１つの温度デルタのためにカウンタを設けることができ、このカウンタによって温度デルタに関する統計が識別される。この変形例では、構成要素の温度が少なくとも１つの温度デルタ内でどれほど長く変動するかが検査される。

少なくとも１つの温度デルタのためのカウンタは、少なくとも１つの温度デルタに対応する温度差が超過されると１増分される。したがって、少なくとも１つの構成要素が温度デルタを何回超えたかを確認することができる。

実施形態においては、温度変化に関する方向を考慮することができ、温度が上昇する場合には上昇する温度デルタが検出され、温度が低下する場合には、下降する温度デルタが検出される。したがって、温度が温度デルタ内で上昇するか低下するかによって方向が確定される。温度デルタ内では、この温度デルタの方向とは逆方向であり、かつ、この温度デルタよりも小さい温度デルタ内にある温度変化を無視することができる。

殊に、制御装置の遮断時に少なくとも１つの構成要素の温度が記憶される。制御装置が後に起動された際に少なくとも１つの構成要素の温度が検出され、遮断時に検出された温度が、起動時に検出された温度と比較される。

本発明による方法を一般的には、回路基板として構成されている、制御装置の少なくとも１つの構成要素、および／または、はんだ個所として構成されている、回路基板または制御装置の接合個所に関して実施することができる。さらには、本発明による方法を制御装置内の他のあらゆる構成要素、したがって制御装置に関しても実施することができるので、制御装置の状態ないし経年劣化を監視することができる。

制御装置の少なくとも１つの構成要素の状態、殊に経年劣化を検出するために同様に設けられている装置は温度計を有し、この温度計は、制御装置の少なくとも１つの構成要素の少なくとも１つの時点に関してこの構成要素の温度を検出する、ないしは求めるよう構成されている。この装置はまた少なくとも１つのデータ処理ユニットも有し、このデータ処理ユニットは、ある期間にわたり検出されるか、もしくは求められる複数の温度に関して温度変化の特性を識別および記録し、記録された温度変化を状態の検出に使用するよう構成されている。

本発明による制御装置は、この制御装置の少なくとも１つの構成要素の状態を検出するための、少なくとも１つの前述の本発明による装置を有する。

殊に本発明による方法によって、制御装置内の温度変化に依存する、制御装置の機械的部分、一般的にははんだ個所の経年劣化に関するモデルが提供される。

このことは実施形態においては、制御装置の作動時の温度の上昇および低下を表すことができる温度差ないし温度区分、一般的にはいわゆる温度デルタを考慮した温度変化を記録することによって行われる。これによって、制御装置の温度に敏感な構成要素としての構成要素、例えば回路基板の起こり得る損傷を非常に良好に識別することができ、したがって制御装置の寿命または制御装置の少なくとも１つの構成要素の寿命に関するより正確な情報を提供することができる。したがって、冷却措置および自動車内の制御装置に関する代替的な取り付け個所などによって生じるコストを節約することができる。さらには、殊に温度変化検査のための制御装置の検査をより現実的に実施することができるので、フィールドテストと同等の結果が得られる。さらには本発明によって、制御装置の温度が少なくとも１つの所定の温度領域ないし温度デルタ内にどれ程長くとどまっていたかに関する統計を識別することもできる。

それぞれの温度領域における期間の既知の記録に付加的に、本発明による方法の変形例においては、温度変化の特性が例えば温度に関する局所的な最大値と最小値の温度差ないし温度デルタに基づき補完的に記録される。温度変化は制御装置の構成要素の経年劣化に影響を及ぼすので、制御装置を取り外して開き、また他の物理的な措置を講じる必要なく、経年劣化を作動に付随的なものとして表すことができる。

本発明を実施することによって、例えば基板、はんだおよび電子モジュールに使用されている材料の異なる熱膨張係数に起因する、結合個所における亀裂形成を含む、熱機械的な損傷メカニズムを分析することができる。このことは、温度ストロークが大きくかつ高速の場合、典型的には、時間的に単調な温度変化の開始温度と終了温度の温度差が大きい場合、またそれと同時に温度勾配が大きい場合、機械的なストレスを生じさせ、またこれによってはんだに亀裂が形成され、いわゆる温度衝撃が生じる。同様に本発明による方法によって識別可能な温度ストロークは、温度変化における開始温度ないし初期温度と終了温度の差が大きければ大きいほどより大きい損傷をもたらす。僅かな温度変化しか生じない平均ストローク温度は重要性が低いが、温度ストロークが生じる温度範囲を考慮することができる。開始温度および終了温度の具体的な値また温度差の具体的な値に依存せずに、制御装置の状態および／または作動にとって、また制御装置の構成要素にとって重要な熱的な周辺条件を本発明の実施時に識別することができ、前述の温度ストロークは温度データをカウントすることによって、ここでは温度デルタを超えた回数をカウントすることによって識別される。

本発明による方法の実施形態においては、通常は任意に規定することができるが、例えば１０〜１５Ｋ；１５〜２０Ｋ；２０〜２５Ｋの温度差ないし、いわゆる温度デルタに関してカウンタを設けることができ、このカウンタによって温度差ないし温度デルタに関する統計が識別される。温度デルタは開始温度と終了温度によって区切られる温度区間によって規定されている。利用可能なメモリに依存して、記録中には種々の判定基準に関して、例えば上昇する温度および低下する温度、温度変化が生じる温度領域などに関して区別される。その際に種々の熱的な影響ファクタを考慮することができる。

アルゴリズムに基づいて、本発明による方法の実施時に、温度の局所的な最大値および局所的な最小値を調べることができる。検出された最大値と最小値の温度差が所定の閾値よりも大きい場合には、求められた温度差に基づいて、温度デルタに関するそれぞれのカウンタが１増分されるか、もしくは高められる。例えば車両の信号待ちの際に、温度は上昇する傾向にあるものの、たびたび僅かに低下するような不安定な温度上昇時には、開始から終了までの実際の経過を検出することができる。例えば１０Ｋよりも小さく、またその間に反対方向、すなわち温度デルタの本来の傾向に反して生じる小さい温度変化を無視することができる。アルゴリズムを例えば、有限オートマトンとも称される、いわゆる状態マシンによって実現することができる。このアルゴリズムを同様に他の結合によって実現することもできる。状態マシンは温度差ないし温度デルタの識別に関して２つの状態を有する。第１の状態においては、正の温度の高まりないし温度上昇の記憶後に切り替えられ、温度に関する最大値が更新される。第２の状態においては、負の温度の高まりないし温度低下の記憶後に切り替えられ、温度に関する最小値が更新される。しかしながら、温度が傾向に反する他の方向に、温度差に関する所定の値、例えば１０Ｋ変化した後にのみ変化は記憶される。したがって、その都度完全な傾向、すなわち上昇または下降が識別される。同様に、上昇ないし下降に関する種々の閾値を規定することができる。

さらには、オフ後の制御装置の冷却も付加的に記録することができる。このことは、例えば、規定された期間、もしくは、オフ時の温度および／または最後に記録された温度経過に依存してその都度決定することができる期間にわたり、記録が継続されることによって行われる。このために制御装置に関して、本発明による方法がさらに実施される、いわゆる継続温度検出モードを実施することができる。これを本発明による方法の変形例において設けることができる。しかしながらこれは通常の場合不可能である。何故ならば、停止している車両の制御装置も同様にオフ状態にあるからである。本発明による方法が車両の停止後であっても継続されるか否かに依存せずに、停止時の温度の記憶と、この温度（停止温度）と、車両の始動時に検出される後続の温度（始動温度）との比較を実施することができる。停止温度および／または始動温度を、例えば、通常はＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去できるプログラミング可能なメモリ）として構成されている付加的なメモリに記憶することができる。さらには、揮発性のメモリにおける記憶しか必要とされない実際の始動温度と、停止温度との比較によって冷却曲線を算出することができる。この場合、確かに、停止過程の度に正確な温度差は記憶されない。しかしながら、複数の停止過程に関する値を考慮することによって、通常の場合、値は平均して正確である。

前述の装置は、前述の方法の全てのステップを実施するように構成されている。この方法の個々のステップを、この装置の個々の構成要素によって実施することもできる。さらにこの装置の機能または装置の個々の構成要素の機能を方法のステップとして実施することができる。さらには、本方法のステップをこの装置の個々の構成要素または装置全体の機能として構成することができる。

本発明はさらに、プログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムに関し、このコンピュータプログラムにより、コンピュータプログラムがコンピュータまたは相応の計算ユニット、殊に本発明による装置において実行されると、上述の方法の全てのステップが実施される。

コンピュータ読み出し可能なデータ単体に記憶されているプログラムコード手段を有する本発明によるコンピュータプログラム製品は、コンピュータプログラムがコンピュータまたは相応の計算ユニットにおいて、殊に本発明による装置において実行されると、上述の方法の全てのステップを実施するよう構成されている。

本発明の別の利点および実施形態は、以下の説明および添付の図面から明らかになる。

前述の特徴、また以下においてさらに説明する特徴は、それぞれ記載した組み合わせだけでなく、別の組み合わせまたは単独でも、本発明の枠を逸脱することなく使用することができる。

本発明による方法を実施する際に生じる状態と、それらの状態間の遷移とが記載されている概略的なチャートを示す。 本発明による方法を実施する際に検出される温度に関する値と、本発明による方法の実施中に変化するカウンタの値とがプロットされているグラフを示す。 本発明による制御装置の実施形態の概略図を示す。

発明を実施するための形態
本発明の実施例は図面に概略的に示されており、また以下ではそれらの図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。

図１のチャートは、制御装置のための本発明による方法の１つの実施形態が実施される際に変化する５つの状態、すなわち、第１の状態としての制御装置の初期化「INIT」１０、第２の状態としての制御装置の始動「START」１２、第３の状態としての温度（ECU_Temperature）の最小値（Min_Temperature）の更新「UPDATEMAXMINSS」１４、第４の状態としての温度（ECU_Temperature）の最大値（Max_Temperature）の更新「UPDATEMAXMINSF」１６、第５の状態としての制御装置のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）のオフ（ＥＮＤＥＥＰＲＯＭ）１８を示す。チャートにおいては、上記の状態間の数字が付された矢印が、本発明による方法を実施する際のそれらの状態間の遷移１，２，３，４，５を表し、それらの遷移１，２，３，４，５は状態が切り換わる際の状態間の関係を示唆している。

下記の表１は個々の状態間の遷移１，２，３，４，５に関する条件の既述を含む：

図２のグラフにおいて、垂直方向に延びる第１の軸４０には制御装置の温度がプロットされており、垂直方向に延びる第２の軸４２にはカウンタの値がプロットされており、水平方向に延びる軸４４には時間がプロットされている。グラフにおいて、第１の曲線４６は制御装置の温度（ECU_Temperature）の所定の絶対温度を表し、第２の曲線４８は制御装置の温度（ECU_Temperature）の最大値（Max_Temperature）を表し、第３の曲線５０は制御装置の温度（ECU_Temperature）の最小値（Min_Temperature）を表し、第４の曲線５２は１０Ｋ〜１５Ｋの第１の温度デルタに関するカウンタの値（Delta_Temp_10-15）を表し、第５の曲線５４は２５Ｋ〜３０Ｋの第２の温度デルタに関するカウンタの値（Delta_Temp_25-30）を表す。

本発明による方法の１つの実施形態を実施する際には、温度（ECU_Temperature）が先ず３３℃から５５℃に上昇する。先ず、ｔ＝５２ｓの時点で５５℃への温度上昇が記憶される。何故ならば、温度（ECU_Temperature）はそうこうする内に４４℃まで低下し、したがって温度低下を記憶するための１０Ｋの閾値を超えたからである。その後、２５Ｋ〜３０Ｋの温度デルタ（Delta_Temp_25-30）に関するカウンタが増分される。何故ならば、ここでは２７．６℃の温度（ECU_Temperature）の最小値（Min_Temperature）から、５５．２Ｋの温度（ECU_Temperature）の最大値（Max_Temperature）までの温度上昇が行われているからである。ｔ＝５２．９ｓの時点で４２．９℃への温度低下が記憶される。何故ならば、温度（ECU_Temperature）はそうこうする内に５３℃まで上昇し、したがって温度上昇を記憶するための１０Ｋの閾値を上回っているからである。さらに、１０Ｋ〜１５Ｋの温度デルタ（Delta_Temp_10-15）に関するカウンタが増分される。何故ならば、５５．２℃の温度の最大値（Max_Temperature）から、４３Ｋの最小値（Min_Temperature）までの温度低下が行われているからである。

図３は、制御装置６０の構造を概略的に示している。制御装置６０は、この制御装置６０内に配置されており、また回路基板６４として構成されている、制御装置６０の構成要素の経年劣化を検出するための装置６２の１つの実施形態を有する。装置６２は、回路基板６４の領域に配置されている温度計６６と、カウンタを備えたデータ処理ユニット６８と、メモリ７０とを有する。

この装置６２によって、少なくとも１つの構成要素、ここでは制御装置６０の回路基板６４の状態を検出するための方法の１つの実施形態が実施される。温度計６６によって少なくとも１つの構成要素の温度が検出される。ある期間にわたり検出される所定数の温度に関して、データ処理ユニット６８を用いて温度デルタを求めることによって、温度変化の特性が検出され、メモリ７０に記録される。記録された温度変化は回路基板６４の状態を検出するために使用される。ここではそれぞれ１つの温度デルタが１つの温度間隔を表す。制御装置の作動中に、温度デルタが何回超えられたかがカウンタを用いてカウントされる。

Claims (13)

1. 制御装置（６０）の少なくとも１つの構成要素の状態を検出するための方法において、
   前記少なくとも１つの構成要素の温度を検出し、
   ある期間にわたり検出される複数の温度に関して、温度変化の特性を識別して記録し、
   記録された温度変化を前記状態の検出に使用することを特徴とする、方法。
2. 回路基板（６４）として構成されている、前記制御装置（６０）の少なくとも１つの構成要素に対して実施する、請求項１記載の方法。
3. 前記制御装置（６０）の少なくとも１つのはんだ個所に対して実施する、請求項１または２記載の方法。
4. 検出された前記温度から温度変化を識別するために、前記温度の局所的な最大値と局所的な最小値の温度差に対応する少なくとも１つの温度デルタを検出および記録する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの温度デルタに関する統計を識別するカウンタを、前記少なくとも１つの温度デルタに関して設ける、請求項４記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの温度デルタに対応する温度差が超えられると、前記少なくとも１つの温度デルタのための前記カウンタを１増分する、請求項５記載の方法。
7. 温度変化に関する方向を考慮し、温度が上昇する場合には上昇する温度デルタを規定し、温度が低下する場合には、下降する温度デルタを規定する、請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記温度デルタ内では、該温度デルタの方向とは逆方向であり、かつ、該温度デルタよりも小さい温度デルタ内にある温度変化を無視する、請求項７記載の方法。
9. 前記制御装置（６０）の停止時に少なくとも１つの構成要素の温度を記憶し、前記制御装置の後続の始動時に、前記少なくとも１つの構成要素の温度を検出し、前記停止時に検出された温度を始動時に検出した温度と比較する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 制御装置（６０）の少なくとも１つの構成要素の経年劣化を検出するための装置において、
    該装置は、
    温度計（６６）を有し、該温度計（６６）は前記少なくとも１つの構成要素の温度を検出するよう構成されており、
    少なくとも１つのデータ処理ユニット（６８）を有し、該データ処理ユニット（６８）は、ある期間にわたり検出される複数の温度に関して、温度変化の特性を識別して記録し、記録された温度変化を状態の検出に使用する、
    ことを特徴とする、制御装置（６０）の少なくとも１つの構成要素の経年劣化を検出するための装置。
11. 請求項９記載の装置（６２）を少なくとも１つ有する制御装置（６０）において、
    前記装置（６２）により、前記制御装置（６０）の少なくとも１つの構成要素の状態を検出することを特徴とする、制御装置。
12. プログラムコード手段を有するコンピュータプログラムにおいて、
    前記コンピュータプログラムがコンピュータまたは相応の計算ユニット、例えば請求項１１項記載の装置（６２）において実行される場合に、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法の全てのステップが実施されることを特徴とする、コンピュータプログラム。
13. 例えば請求項１１記載の装置（６２）におけるコンピュータまたは相応の計算ユニットにおいてコンピュータプログラムが実行される場合に、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法の全てのステップを実施するために、プログラムコード手段がコンピュータにより読み出し可能なデータ担体に記憶されていることを特徴とする、コンピュータプログラム製品。

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