DE102008034681A1

DE102008034681A1 - Steuergerät eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen

Info

Publication number: DE102008034681A1
Application number: DE102008034681A
Authority: DE
Inventors: Volker Eichenseher; Hans Hurt; Horst Simon
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2010-02-04
Also published as: WO2010009902A1; US20110125385A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät (1) eines Kraftfahrzeugs (2) und ein Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen. Dazu weist das Steuergerät (1) eine zentrale Steuereinheit (3) auf, die eine integrierte Halbleiterschaltung (4) ist und auf mindestens eine Schaltungsplatine (5) angeordnet ist. Mindestens eine Treibereinheit (6) ist zur Überwachung und Steuerung einer Applikation (20) als weitere integrierte Halbleiterschaltung (7) in dem Steuergerät (1) angeordnet, wobei die Treibereinheit (6) mit der zentralen Steuereinheit (3) zusammenwirkt. Dazu weist die zentrale Steuereinheit (3) einen ersten optischen Transceiver (8) und die Treibereinheit (6) einen weiteren optischen Transceiver (9) auf, die zum Datenaustausch optisch gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen. Dazu weist das Steuergerät eine zentrale Steuereinheit auf. Die zentrale Steuereinheit bildet eine integrierte Halbleiterschaltung. Dabei ist die zentrale Steuereinheit auf mindestens einer Schaltungsplatine angeordnet. Als weitere Halbleiterschaltung ist in dem Steuergerät mindestens eine Treibereinheit zur Überwachung und Steuerung mindestens einer Applikation angeordnet. Dabei wirkt die Treibereinheit einerseits mit der zentralen Steuereinheit und andererseits mit der Applikation zusammen.
Die Datenrate eines derartigen Steuergeräts eines Kraftfahrzeugs, die von einer integrierten Halbleiterschaltung zur nächsten integrierten Halbleiterschaltung in derartigen Geräten übertragen werden muss, steigt ständig. Das bedeutet, dass zunehmend mehr Datenleitungen und mehr Datenverbindungen notwendig werden, um die Informationen dorthin zu transportieren, wo sie erforderlich sind. Dabei kann die Datenrate zwischen einigen Megabit und bis zu einigen Gigabit betragen.
Gegenwärtig werden bei den Steuergeräten für Kraftfahrzeuge die Verbindungen zwischen zwei integrierten Halbleiterschaltungen durch elektrische Verbindungen und/oder Verdrahtungen auf einer Schaltungsplatine erreicht. Mit der Zunahme der Datenraten wächst der Bedarf, die elektromagnetischen Verträglichkeits- und die elektromagnetischen Kompatibilitätsbedingungen für jede der einzelnen Verbindungen auf der Schaltungsplatine und innerhalb des Steuergeräts zu erfüllen. Dabei sollen elektromagnetisches Rauschen und elektromagnetische Interferenz weitestgehend unterdrückt werden. Dazu müssen die elektrischen Verbindungen so kurz wie möglich gehalten werden. Das bedeutet, dass die integrierten Halbleiter schaltungen so nah wie möglich aneinander zu positionieren sind. Diese Forderung vermindert jedoch die räumliche Flexibilität für die Strukturierung von Schaltungsplatinen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit dem die elektrischen Datenleitungen und Datenverbindungen trotz steigender zu übertragender Datenmengen verhindert werden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, die elektromagnetische Kompatibilität und die elektromagnetische Verträglichkeit trotz erhöhter Datenübertragungsrate des Steuergeräts zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen geschaffen. Dazu weist das Steuergerät eine zentrale Steuereinheit auf, die eine integrierte Halbleiterschaltung ist und auf mindestens einer Schaltungsplatine angeordnet ist. Mindestens eine Treibereinheit ist zur Überwachung und Steuerung einer Applikation als weitere integrierte Halbleiterschaltung in dem Steuergerät angeordnet, wobei die Treibereinheit mit der zentralen Steuereinheit zusammenwirkt. Dazu weist die zentrale Steuereinheit einen ersten optischen Transceiver und die Treibereinheit einen weiteren optischen Transceiver auf, die zum Datenaustausch optisch gekoppelt sind.
Dieses Steuergerät hat den Vorteil, dass die optische Kopplung eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit aufweist und keinerlei elektromagnetische Emissionen verursacht. Außerdem kann der erste Transceiver in einem minimalen Abstand oder sogar auf der zentralen Steuereinheit, nämlich auf der ersten Halbleiterschaltung angeordnet werden, während der weitere optische Transceiver der optischen Kopplung ohne jede elektromagnetische Beeinflussung in einem größeren Abstand zum ersten optischen Transceiver angeordnet sein kann.
Somit ergibt sich eine hohe Flexibilität für die räumliche Anordnung sowohl der beiden Transceiver als auch der zugehörigen integrierten Halbleiterschaltungen der zentralen Steuereinheit sowie der Treibereinheit auf einer Schaltungsplatine. Schließlich ist ein weiterer Vorteil, dass eine optische Kopplung über Transceiver eine höhere Datenrate übertragen kann, als es die elektrischen Verbindungsleitungen ermöglichen. Die hohe Flexibilität dieser Lösung ermöglicht es, dass die optische Kopplung zwischen zentralem Steuerelement und einer Treibereinheit auf der gleichen Schaltungsplatine und damit auf gleicher Schaltungsebene ausgeführt sein kann. Andererseits ist es auch möglich, eine gefaltete Schaltungsplatine derart vorzusehen, dass sich zwei Hälften der Schaltungsplatine einander gegenüberliegen, so dass die beiden Transceiver gegenüberstehend angeordnet sind. Außerdem ist es möglich, die Flexibilität dieser Lösung dahingehend zu nutzen, dass die beiden Schaltungsplatinen in einem Winkel zueinander angeordnet werden, und unter einem derartigen Winkel die beiden Transceiver miteinander kommunizieren.
Darüber hinaus gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, einen Austausch von Daten durchzuführen, beispielsweise durch eine unidirektionale Kommunikation, bei der ein erster Halbleiterchip elektrische Daten zu einem optischen Transmitter sendet. Der Transmitter transformiert die elektrischen Signale in optische Signale und überträgt diese zu einem optischen Empfänger der weiteren integrierten Schaltung, beispielsweise der Treibereinheit. Dabei transformiert der weitere Transceiver die optischen Signale in elektrische Signale, die dann von dem zweiten Halbleiterchip empfangen und beispielsweise zu Schalt- oder Stellsignalen transformiert werden können.
Neben dieser unidirektionalen Kommunikation ist auch eine bidirektionale Kommunikation, beispielsweise über zwei optische Kopplungswege möglich, bei denen auf jeder Seite sowohl ein optischer Sensor als auch ein optischer Empfänger angeordnet sind, so dass gleichzeitig Signale in beide Richtungen über tragen werden können, wobei für diese bidirektionale Kommunikation jedem Helbleiterbauelement ein optischer Empfänger und ein optischer Sender zugeordnet wird. Schließlich ist es auch möglich, eine bidirektionale Kommunikation mit nur einer optischen Kopplung zu erstellen, wobei hierzu die oben erwähnten Transceiver eingesetzt werden, wobei ein optischer Sensor und ein optischer Empfänger innerhalb einer einzigen optischen Komponente angeordnet sind und somit auch nur eine einmalige Ausrichtung eines ersten Transceivers auf einen weiteren Transceiver erforderlich wird.
Eine optische Kopplung kann in unterschiedlichen Medien durchgeführt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung wird vorzugsweise eine Luftatmosphäre für die optische Kopplung zur Verfügung gestellt. Bei dieser Art der Kopplung ist die Flexibilität am höchsten. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die optische Kopplung in einer Inertgasatmosphäre vorgesehen. In diesem Fall befinden sich der erste Transceiver und der zweite Transceiver in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse, das mit Inertgas wie Stickstoff oder Edelgas gefüllt ist. Sowohl bei dem Einsatz in Luftatmosphäre als auch bei dem Einsatz in Inertgasatmosphäre ist es erforderlich, dass die optischen Achsen der beiden Transceiver aufeinander ausgerichtet sind oder über entsprechende Reflektionsflächen miteinander kombiniert werden.
Eine sehr hohe Flexibilität wird durch eine faseroptische Kopplung erreicht, bei der ein Lichtwellenleiter in Form einer lichtdurchlässigen und lichtkonzentrierenden Faser vorgesehen wird. Da derartige Fasern sehr flexibel sind, können die beiden Transceiver in den unterschiedlichsten Winkeln zueinander aufgebaut sein. Dieses erhöht die Flexibilität der Gestaltung von Schaltungsplatinen deutlich, da eine genaue Justage zwischen optischem Sender und optischem Empfänger nicht vorausgesetzt werden muss.
Vorzugsweise wird das Steuergerät in dem Kraftfahrzeug als Motorsteuergerät angeordnet. Dabei kann das Motorsteuergerät jedoch neben der Überwachung und Steuerung der unterschiedlichen Betriebszustände und Aggregate des Motors auch weitere Komponenten des Fahrzeugs steuern, beispielsweise das Antiblockiersystem des Fahrzeugs, das Heiz- und Klimasystem des Fahrzeugs, die Abgasanlage des Fahrzeugs mit den unterschiedlichen Lambdasonden eines Mehrwegekatalysators, die Pedalwertgeber des Fahrzeugs sowie eine Vielzahl von Druck- und Temperaturinformationen, die auszuwerten und datentechnisch zu verarbeiten sind.
Vorzugsweise wird das Steuergerät jedoch in dem Kraftfahrzeug als Motorsteuergerät angeordnet, das sowohl die Hochdruckkraftstoffpumpe als auch die Niederdruckkraftstoffpumpe steuert, den Ladedruck überwacht, die Nockenwellenverstellung sowie den Nockenwellenhub oder den Kühlwasserdurchsatz steuert und vieles mehr regelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zentrale Steuereinheit mit dem ersten optischen Transceiver auf einer ersten Schaltungsplatine angeordnet und die mindestens eine Treibereinheit mit dem weiteren optischen Transceiver auf einer weiteren Schaltungsplatine angeordnet. Dabei sind diese Schaltungsplatinen derart zueinander ausgerichtet, dass eine optische Kopplung der Transceiver vorhanden ist.
Diese optische Kopplung beispielsweise über Luft oder Inertgas kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Schaltungsplatinen der zentralen Steuereinheit und der Treibereinheit einander gegenüberliegend angeordnet sind. Um nicht nur die optische Kopplung zu gewährleisten, sondern auch zwischen den beiden Schaltungsplatinen elektrische Zuleitungen, Versorgungsleitungen und ähnliches zu ermöglichen, können die beiden Schaltungsplatinen elektrisch und mechanisch gekoppelt sein, wobei in einer ersten Ausführungsform dieser Schaltungsplatinen diese über einen gedünnten flexiblen Bereich der Schaltungsplatinen miteinander verbunden sind.
Ein derartiger gedünnter flexibler Bereich wird dadurch erreicht, dass ein Teil des Kernmaterials der Platine abgetragen wird, um die Steifigkeit der Schaltungsplatine in diesem Bereich zu vermindern. Eine andere Möglichkeit ist, die beiden gegenüberliegenden Schaltungsplatinen zusätzlich zu der optischen Kopplung über ein flexibles Multileitungsband oder einen Bus elektrisch und/oder mechanisch miteinander zu verbinden. Jedoch erfordert eine derartige flexible Verbindung aufwändige Mehrfachstecker auf den Schaltungsplatinen.
Eine derartige flexible elektrische und/oder mechanische Kopplung kann jeden beliebigen Winkel einnehmen, solange sichergestellt ist, dass eine optische Kopplung zwischen den beiden Schaltungsplatinen bzw. den beiden Transceivern gewährleistet ist. Dieses kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Bestückungsseiten der Schaltungsplatinen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Andererseits ist es möglich, einen Lichtwellenleiter zwischen den beiden optischen Transceivern einzusetzen, der aufgrund seiner Flexibilität die beiden optischen Transceiver optisch miteinander koppelt.
Neben einem ersten einzelnen Transceiver kann die zentrale Steuereinheit auch mehrere erste Transceiver aufweisen, die mit mehreren weiteren Transceivern von weiteren integrierten Halbleiterschaltungen optisch gekoppelt sind. Damit ist es möglich, eine Mehrzahl von Treibereinheiten direkt von der zentralen Steuereinheit aus anzusteuern, ohne zusätzliche elektrische Leitungen vorsehen zu müssen.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen in einem Steuergerät weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst werden in einer zentralen Steuereinheit Sensordatenmengen empfangen. Diese Sensordatenmengen werden in der zentralen Steuereinheit zwischengespeichert und zu Signaldaten für nachgeschaltete Treiber verarbeitet. Anschließend werden diese Signaldaten in optische Signale transformiert und von einem optischen Sender eines Transceivers emittiert. Die Treibereinheit arbeitet mit einem opti schen Empfänger zusammen, so dass die optischen Signale in der mindestens einen Treibereinheit empfangen werden können. Dort werden die optischen Signale transformiert in elektrische Steuerimpulse, mit denen die unterschiedlichen Applikationen angesteuert werden Können. Einzelne Applikationen wurden bereits oben beispielhaft aufgeführt, so dass an dieser Stelle auf eine Wiederholung verzichtet wird. Für das Emittieren und Empfangen optischer Signale kann dazu eine optische Kopplung in einer Luftatmosphäre, in einer Inertgasatmosphäre oder über eine faseroptische Kopplung erfolgen.
Vorzugsweise führt das Steuergerät Steuerfunktionen eines Kraftfahrzeugs insbesondere Motorsteuerfunktionen durch. Dazu wird die zentrale Steuereinheit mit dem ersten optischen Transceiver auf einer ersten Schaltungsplatine aufgebracht, und die mindestens eine Treibereinheit mit dem weiteren optischen Transceiver wird auf einer weiteren Schaltungsplatine angeordnet, wobei die Platinen derart zueinander ausgerichtet werden, dass eine optische Kopplung der Transceiver erfolgt. Dazu werden beispielsweise die Bestückungsseiten von zwei Schaltungsplatinen einander gegenüberliegend angeordnet, so dass die beiden Transceiver optisch gekoppelt werden können. Andererseits ist es auch möglich, dass die beiden Platinen in einem Winkel zueinander angeordnet werden und die optischen Transceiver über einen flexiblen Lichtwellenleiter miteinander kommunizieren.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit Steuergerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Fahrzeug gemäß 1;
3 zeigt eine Prinzipskizze eines Steuergeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Zusammenwirken mit Applikationen;
4 zeigt eine Prinzipskizze einer zentralen Steuereinheit mit mehreren optischen Kopplungen;
5 zeigt eine Prinzipskizze einer Schaltungsplatine mit einem Steuergerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt eine Prinzipskizze einer abgebogenen Schaltungsplatine mit einer faseroptischen Kopplung von Transceivern gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt eine Prinzipskizze einer abgebogenen Schaltungsplatine mit einer prismatischen optischen Kopplung von Transceivern gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt eine Prinzipskizze von einander gegenüberliegenden Schaltungsplatinen mit einer umgebenden Materie.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht 22 eines Fahrzeugs 2 mit Steuergerät 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Steuergerät 1 im Motorraum 25 des Fahrzeugs 2 untergebracht. Prinzipiell kann es jedoch auch im Heckbereich 26 oder im Fahrgastraum 24 des Fahrzeugs 2 angeordnet werden. Dabei ist ein Steuergerät 1 im Heckbereich 26 weniger kontaminationsgefährdet als im Motorbereich 25. Schließlich wird das Steuergerät 1 noch besser vor Vibrationen geschützt, wenn es im Fahrgastraum 24 untergebracht ist.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Fahrzeug 2 gemäß 1. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. 2 verdeutlicht, dass das Steuergerät 1 im Motorraum 25 auf der Fahrerseite 27 angeordnet ist. Dieses ermöglicht den Kabelbaum zum Steuergerät 1 zu optimieren, da auf der Fahrerseite 27 eine deutlich höhere Anzahl an Applikationen für das Steuergerät 1 angeordnet ist als auf der Beifahrerseite oder gar im Heckbereich 26. Dennoch sind an das Steuergerät 1 im Motorraum 25 erhöhte Anforderungen an ein Schutzgehäuse für das Steuergerät 1 gestellt, da sowohl ein Schutz vor Vibrationen, Kontaminationen und vor extremen Temperaturen im Motorraum 25 vorzusehen ist.
3 zeigt eine Prinzipskizze eines Steuergeräts 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Zusammenwirken mit Applikationen 20₁ , 20₂ , 20₃ bis 20_n . Derartige Applikationen können Stellglieder sein, die von entsprechenden Treibereinheiten in dem Steuergerät 1 angetrieben werden. Zu den Applikationen gehören auch alle Komponenten und Aggregate, die mit dem Motor 21 zusammenwirken. Auch diese werden von dem Steuergerät 1 gesteuert und/oder geregelt. Die Pfeilrichtungen der Verbindungen B₁, B₂, B₃ bis B_n zwischen den Applikationen 20₁ , 20₂ , 20₃ bis 20_n und der Steuereinheit 1 sind bidirektional ausgerichtet, da eine Vielzahl von Stell-, Temperatur- und Druckinformationen dem Steuergerät 1 zugeleitet werden müssen, auf die umgekehrt die Treibereinheiten des Steuergeräts 1 reagieren, um die unterschiedlichen Applikationen zu steuern. Nicht jede der Applikationen 20₁ , 20₂ , 20₃ bis 20_n müssen mit Komponenten des Motors 21 kommunizieren. Dieses wird durch die Pfeilrichtung A angedeutet.
4 zeigt eine Prinzipskizze einer zentralen Steuereinheit 3 mit mehreren optischen Kopplungen 10₁ , 10₂ bis 10_n . Jede dieser optischen Kopplungen 10₁ , 10₂ bis 10_n ermöglicht einen Signalaustausch zwischen einer Mehrzahl von Transceivern 8₁ , 8₂ bis 8_n auf der Seite der zentralen Steuereinheit 3 mit entsprechenden Transceivern 9₁ , 9₂ bis 9_n auf der Seite von unterschiedlichen Treibereinheiten 6₁ , 6₂ bis 6_n , die vorzugsweise aus integrierten Schaltungen 7₁ , 7₂ bis 7_n bestehen.
Auch die zentrale Steuereinheit 3 ist aus einer integrierten Halbleiterschaltung 4 aufgebaut. Die Ausgänge B₁, B₂ bis B_n der Treibereinheiten 6₁ , 6₂ bis 6_n wirken zusammen mit entsprechenden Applikationen, wie sie in 3 gezeigt werden.
5 zeigt eine Prinzipskizze einer Schaltungsplatine 5 mit einem Steuergerät 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist auf einer Bestückungsseite 16 einer Schaltungsplatine 5 eine zentrale Steuereinheit 3 mit einer integrierten Halbleiterschaltung 4 angeordnet, die mit einem ersten optischen Transceiver 8 zusammengeschaltet ist, wobei elektrische Signale von der zentralen Steuereinheit 3 zu dem ersten optischen Transceiver 8 und zurück übertragen werden. Der optische Transceiver 8 transformiert die elektrischen Signale in optische Signale und kann bidirektional betrieben werden, d. h. er kann nicht nur optische Signale senden, sondern über die optische Kopplung 10 auch optische Signale empfangen.
Der Empfänger des optischen Transceivers 9 wirkt zusammen mit einer weiteren Halbleiterschaltung 7, die zu einer Treibereinheit 6 gehört. Der weitere Transceiver 9 kann optische Signale über die optische Kopplung 10 empfangen, da die beiden Sende- und Empfangseinheiten der Transceiver 8 und 9 optisch aufeinander ausgerichtet sind. Der optische Transceiver 9 transformiert ankommende optische Signale in elektrische Signale, die an die integrierte Schaltung 7 der Treibereinheit 6 weitergegeben werden, wobei die Treibereinheit 6 mit einer oder mehreren Applikationen, wie sie in 3 gezeigt werden, zusammenwirkt und entsprechende Steuer-, Schalt- und/oder Einstellsignale an diese weitergibt. Bei der Ausführungsform gemäß 5 sind die zentrale Steuereinheit 3 sowie die Treibereinheit 6 auf einer einzigen Schaltungsplatine 5 angeordnet, während in den nachfolgenden Figuren weitere vorteilhafte Anordnungen für die zentrale Steuereinheit 3 und die Treibereinheit 6 gezeigt werden.
6 zeigt eine Prinzipskizze einer abgebogenen Schaltungsplatine 5, die gegenüber einer weiteren Platine 13 in einem Winkel α von nahezu 90° angeordnet ist. Während auf der Schaltungsplatine 5 wie in 5 die zentrale Steuereinheit 3 mit dem zugehörigen ersten optischen Transceiver 8 angeordnet ist, befindet sich auf der Leitungsplatine 13 die Treibereinheit 6 mit dem zugehörigen weiteren Transceiver 9. Die im Winkel α zueinander stehenden Transceiver werden über eine flexible faseroptische Kopplung 11 in Form eines flexiblen Lichtwellenleiters 18 miteinander gekoppelt. Gleichzeitig sind die Schaltungsplatinen 5 und 13 über eine elektrische und/oder mechanische Kopplung 14 aus einem gedünnten flexiblen Bereich 15 der Schaltungsplatinen 5 und 13 miteinander verbunden. Das bedeutet, die Schaltungsplatinen 5 und 13 sind aus einer einzigen gemeinsamen Schaltungsplatine zunächst gefertigt und für den flexiblen Bereich 15 gedünnt worden. Dies hat den Vorteil einer räumlichen Minimierung, da keine Steckmodule vorzusehen sind, um die Schaltungsplatinen 5 und 13 elektrisch und mechanisch miteinander zu koppeln.
Andererseits ist es auch möglich, die beiden Schaltungsplatinen 5 und 13 über einen Leitungsbus oder über ein flexibles Multileitungsband miteinander zu verbinden. Der Vorteil der in 6 gezeigten Anordnung ist, dass der Winkel α beliebig verändert werden kann, ohne den optischen Übertragungsweg zu beeinflussen, so dass sich Vibrationen des Fahrzeugs nicht auf die Qualität und Zuverlässigkeit der optischen Kopplung auswirken.
7 zeigt eine Prinzipskizze einer abgebogenen Schaltungsplatine 5 mit einer prismatischen optischen Kopplung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 6 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Zwischen dem Transceiver 8 und dem Transceiver 9 ist ein Prisma 22 angeordnet, das mit seiner Reflektionsfläche 28 exakt an den Winkel α zwischen den beiden Schaltungsplatinen 5 und 13 angepasst sein muss, um die optischen Achsen der Transceiver 8 und 9 miteinander zu koppeln.
8 zeigt eine Prinzipskizze von einander gegenüberliegenden Schaltungsplatinen 5 und 13, wobei die optoelektronischen Komponenten, d. h. die Transceiver 8 und 9 derart aufeinander ausgerichtet sind, dass die optische Kopplung 10 über die umgebende gasförmige Materie erfolgen kann. Eine derartige gasförmige Materie kann Luft und/oder Inertgas aufweisen. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass sie sehr kompakt aufgebaut sein kann und damit ein geringes Volumen in Anspruch nimmt. Darüber hinaus ist die Störanfälligkeit einer derartigen Ausführungsform gering und die Zuverlässigkeit entsprechend verbessert. Der Zwischenraum zwischen der Bestückungsseite 16 der Schaltungsplatine 5 und der Bestückungsseite 17 der Schaltungsplatine 13 kann auch mit einem optisch transparenten Material aufgefüllt werden, so dass die optische Kopplung durch dieses Material erfolgt. Das hat den Vorteil, dass Vibrationen des Fahrzeugs die Qualität der optischen Kopplung nicht beeinträchtigen können. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass ein derartiges Steuergerät als kompakter gekapselter Steuerblock ausgeführt werden kann.

Claims

Steuergerät eines Kraftfahrzeugs (2) mit einer zentralen Steuereinheit (3) wobei: – die zentrale Steuereinheit (3) eine integrierte Halbleiterschaltung (4) ist; – die zentrale Steuereinheit (3) auf mindestens einer Schaltungsplatine (5) angeordnet ist; – mindestens eine Treibereinheit (6) zur Überwachung und Steuerung einer Applikation (20) als weitere integrierte Halbleiterschaltung (7) in dem Steuergerät (1) angeordnet ist, – die Treibereinheit (6) mit der zentralen Steuereinheit (3) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (3) einen ersten optischen Transceiver (8) und die Treibereinheit (6) einen weiteren optischen Transceiver (9) aufweist und die Transceiver (8, 9) optisch zum Datenaustausch gekoppelt sind.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kopplung (10) eine Luftatmosphäre aufweist.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kopplung (10) eine Inertgasatmosphäre aufweist.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kopplung (10) eine faseroptische Kopplung (11) ist.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1) in dem Kraftfahrzeug (2) als Motorsteuergerät (12) angeordnet ist.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (3) mit dem ersten optischen Transceiver (8) auf einer ersten Schaltungsplatine (5) angeordnet ist und die mindestens eine Treibereinheit (6) mit dem weiteren optischen Transceiver (9) auf einer weiteren Schaltungsplatine (13) angeordnet ist, wobei die Platinen (5, 13) derart zueinander ausgerichtet sind, dass eine optische Kopplung der Transceiver (8, 9) vorhanden ist.
Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsplatinen (5, 13) der zentralen Steuereinheit (3) und der Treibereinheit (6) eine optische Kopplung (10) und eine elektrische und mechanische Kopplung (14) aufweisen, und wobei die Schaltungsplatinen (5, 13) über einen gedünnten flexiblen Bereich (15) der Schaltungsplatinen (5, 13) miteinander verbunden sind.
Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsplatinen (5, 13) zusätzlich zu der optischen Kopplung (10) über ein flexibles Multileitungsband oder eine Busleitung elektrisch und/oder mechanisch miteinander verbunden sind.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Bestückungsseiten (16, 17) der Schaltungsplatinen (5, 13) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsplatinen (5, 13) in einem Winkel (α) zueinander angeordnet sind und zwischen den optischen Transceivern (8, 9) ein flexibler Lichtwellenleiter (18) angeordnet ist.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (3) mehrere erste Transceiver (8₁ , 8₂ bis 8_n ) aufweist, die mit mehreren weiteren Transceivern (9₁ , 9₂ bis 9_n ) von weiteren integrierten Halbleiterschaltungen (7₁ , 7₂ bis 7_n ) optisch gekoppelt sind.
Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen in einem Steuergerät (1), das folgende Verfahrensschritte aufweist: – Empfangen von Sensordatenmengen in einer zentralen Steuereinheit (3); – Zwischenspeichern der Sensordatenmengen und Verarbeiten der Sensordaten zu Treibersignaldaten in der zentralen Steuereinheit (3); – Transformieren der Treibersignaldaten in optische Signale und emittieren der optischen Signale; – Empfangen der optischen Signale in mindestens einer Treibereinheit (6) und – Transformieren der optischen Signale in elektrische Steuerimpulse in der Treibereinheit (6), die mit einer Applikation (20) zusammenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Emittieren und Empfangen optischer Signale über eine optische Kopplung (10) in einer Luftatmosphäre erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Emittieren und Empfangen optischer Signale über eine optische Kopplung (10) in einer Inertgasatmosphäre erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Emittieren und Empfangen optischer Signale über eine faseroptische Kopplung (11) durchführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1) Steuerfunktionen eines Kraftfahrzeugs (2) insbesondere Motorsteuerfunktionen durchführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (3) mit dem ersten optischen Transceiver (8) auf einer ersten Schaltungsplatine (5) aufgebracht wird und die mindestens eine Treibereinheit (6) mit dem weiteren optischen Transceiver (9) auf einer weiteren Schaltungsplatine (13) angeordnet wird, wobei die Platinen (5, 13) derart zueinander ausgerichtet werden, dass eine optische Kopplung (10) der Transceiver (8, 9) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsplatinen (5, 13) der zentralen Steuereinheit (3) und der Treibereinheit (6) eine optische Kopplung (10) und eine elektrische und mechanische Kopplung (14) durchführen, und wobei die Schaltungsplatinen (5, 13) über einen gedünnten flexiblen Bereich (15) der Schaltungsplatinen (5, 13) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsplatinen (5, 13) zusätzlich zu der optischen Kopplung (10) über ein flexibles Multileitungsband oder eine Busleitung elektrisch und/oder mechanisch miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Bestückungsseiten (16, 17) der Schaltungsplatinen (5, 13) einander gegenüberliegend angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsplatinen (5, 13) in einem Winkel (α) zueinander angeordnet werden und die optischen Transceiver (8, 9) über einen flexiblen Lichtwellenleiter (18) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (3) mit mehreren ersten optischen Transceivern (8₁ , 8₂ bis 8_n ) zusammenwirkt, die mit mehreren weiteren Transceivern (9₁ , 9₂ bis 9_n ) von weiteren integrierten Halbleiterschaltungen (7₁ , 7₂ bis 7_n ) optisch gekoppelt werden.