DE4410061C2 - Schaltkreisanordnung für eine Servolenkung mit Motorantrieb - Google Patents
Schaltkreisanordnung für eine Servolenkung mit MotorantriebInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltkreisanordnung für
eine Servolenkung mit Motorantrieb in einem Fahrzeug, gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Schaltkreisanordnung ist in der DE 38 35 955 A1
beschrieben, bei der ein kontaktfreier Drehkraftsensor in eine
Steuerschaltungseinheit integriert ist. Die Steuer
schaltungseinheit ist aus Steuerschaltungs-Bauelementen, Lei
stungs-FETs und einen Verbinder gebildet, die auf
einer Leiterplatte angeordnet sind. Der Drehkraftsensor erfaßt
die Drehkraft, die von der Lenkwelle auf eine Ritzelantriebs
welle übertragen wird. Ferner ist ein Motor mit dieser Ritzel
antriebswelle verbunden, um eine Hilfsdrehkraft darauf zu über
tragen. Das vom Drehkraftsensor erzeugte Drehkraftsignal und
ein von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erzeugtes Fahr
zeuggeschwindigkeitssignal werden der Steuerschaltungseinheit
zugeführt und dort zu einem Ansteuersignal für die Schaltrege
lung des Elektromotors verarbeitet. Damit die Steuerschaltung
stromgesteuert wird, wird die Steuerschaltung mit dem Ausgang
einer Motorstromerfassungseinrichtung rückgekoppelt, die den
dem Elektromotor von einer Stromquelle zugeführten Strom er
faßt.
Bei dieser Schaltkreisanordnung ist von Nachteil, daß bei einer
kompakten Anordnung von Schaltungs-Bauelementen und des
kontaktfreien Drehkraftsensors keine Wärmeabführung vorgesehen
ist, um ein Überhitzen dieser dicht aneinander angeordneten
Komponenten zu verhindern.
Anhand der Fig. 2 und 3 werden weitere bekannte Schalt
kreisanordnungen für eine Servolenkung mit Motorantrieb
beschrieben.
Eine typische bekannte Schaltkreisanordnung für eine Servolen
kung mit Motorantrieb ist als Schaltbild, teilweise in Block
form, in Fig. 2 dargestellt. Wie Fig. 2 zeigt, übt ein Motor 40
ein Hilfsdrehmoment auf ein hier nicht gezeigtes Lenkrad eines
Fahrzeugs aus, und der Motor 40 erhält Motorstrom IM von einer
Stromquelle in Form einer Batterie 41.
Eine Motorstromerfassungseinrichtung mit einem Neben
schlußwiderstand 43 und einem Motorstromdetektor 48 nimmt
eine im Motorstrom IM enthaltene Welligkeitskomponente
wahr, die von einer Rauschunterdrückungseinrichtung in Form
eines Kondensators 42 von großer Kapazität (etwa 3600 µF)
unterdrückt wird. Ein Schalter in Form einer Brückenschal
tung, die insgesamt mit 44 bezeichnet ist, weist eine Viel
zahl von Halbleiterschaltvorrichtungen Q1-Q4 (beispiels
weise Feldeffekttransistoren) auf, um die Polarität der Mo
torströme IM entsprechend der Größe und Richtung des vom
Motor 40 erzeugten Hilfsdrehmoments umzuschalten.
Ein Ende des Kondensators 42 ist über eine Leitung L1 geer
det. Die Halbleiterschaltvorrichtungen Q1-Q4 sind über
Verdrahtungsmuster P1 und P2 zu der Brückenschaltung 44
miteinander verbunden. Über das Verdrahtungsmuster P1 ist
auch der Nebenschlußwiderstand 43 mit der Brückenschaltung
44 verbunden. Außerdem dient ein Verdrahtungsmuster P3 als
Ausgangsanschluß der Brückenschaltung 44.
Der Motor 40 und die Batterie 41 sind mit der Brückenschal
tung 44 über einen Verbinder 45, der eine Vielzahl von Lei
tungsanschlüssen hat, verbunden. An den Verbinder 45 ist
der Motor 40 und die Batterie 41 über externe Leitungen L2
angeschlossen. Die Zufuhr von Motorstrom IM wird durch ein
normalerweise offenes Relais 46 nach Bedarf unterbrochen.
Das Relais 46 ist über ein Verdrahtungsmuster P4 mit dem
Nebenschlußwiderstand 43 verbunden, während der Verbinder
45 über ein weiteres Verdrahtungsmuster P5 geerdet ist. Das
Verdrahtungsmuster P3, welches als Ausgangsanschluß der
Brückenschaltung 44 dient, ist an den Verbinder 45 ange
schlossen.
Der Motor 40 wird über die Brückenschaltung 44 von einer
Ansteuerschaltung 47 angesteuert, die auch das Relais 46
treibt. Die Ansteuerschaltung 47 ist über eine Leitung L3
mit einer Erregerspule des Relais 46 verbunden, während
eine Leitung L4 die Ansteuerschaltung 47 mit der Brücken
schaltung 44 verbindet. Der Motorstromdetektor stellt den
Motorstrom IM über ein Ende des Nebenschlußwiderstands 43
fest. Die Ansteuerschaltung 47 und der Motorstromdetektor
48 sind periphere Schaltungsvorrichtungen einer noch näher
zu erläuternden Steuereinheit (ECU).
Außerdem sind Vorsehungen getroffen für einen Drehmoment
sensor 50, der das Lenkdrehmoment T des Lenkrades fest
stellt und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, sowie
einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 51, der die Geschwin
digkeit V des Fahrzeugs feststellt und ein entsprechendes
Ausgangssignal abgibt.
Die Steuereinheit ECU in Form eines Mikrorechners 55 be
rechnet das Hilfsdrehmoment auf der Basis des Lenkdrehmo
ments T und der Fahrzeuggeschwindigkeit V und erhält außer
dem über Rückkopplung den Motorstrom IM, um ein Ansteuersi
gnal entsprechend dem Hilfsdrehmoment zu erzeugen. Vom Mi
krorechner 55 werden außerdem in die Ansteuerschaltung 47
ein Drehrichtungsbefehl Do und ein Steuerstromwert Io zum
Steuern der Brückenschaltung 44 in Form von Antriebssigna
len oder Ansteuersignalen eingegeben.
Der Mikrorechner 55 weist eine Motorstromerfassungseinrich
tung 56 auf, die einen Motorstrombefehl Im entsprechend dem
Drehrichtungsbefehl Do und dem Hilfsdrehmoment des Motors
40 erzeugt, eine Subtrahiereinrichtung 47, die eine
Stromabweichung ΔI zwischen dem Motorstrombefehl Im und dem
Motorstrom IM errechnet, sowie einen PID (Proportion, Inte
gration und Differenzierung)-Rechner 58, der anhand der
Stromabweichung ΔI das korrigierte Volumen jeweils im Hin
blick auf P (Proportion), I (Integration) und D (Differen
zierung) errechnet und den Steuerstromwert Io erzeugt, wel
cher einem PWM (Impulsbreitenmodulation)-Tastverhältnis
entspricht.
Der Mikrorechner 55 weist außerdem eine nicht dargestellte
Selbstprüfungsfunktion und weitere Funktionen auf, bei
spielsweise einen A/D-Umsetzer sowie eine PWM-Zeitgeber
schaltung, so daß er ständig prüft, ob das System ordnungs
gemäß funktioniert. Sollte eine Anomalität im System auf
treten, so öffnet der Mikrorechner 55 das Relais 46 über
die Ansteuerschaltung 47, um den Motorstrom IM zu unterbre
chen. Der Mikrorechner 55 ist mit der Ansteuerschaltung 47
über eine Leitung L5 verbunden.
Die Schaltkreiskomponenten 42-44, Verdrahtungsmuster P1-P5,
Leitungen P1, P2 zwischen dem Motor 40 und der Batterie
41 sind insgesamt in großem Maßstab ausgeführt, damit ihre
Eigenschaften, beispielsweise Wärmeableitung (Wärmewider
stand) und Dauerhaftigkeit ausreichend zur Verfügung ste
hen, um die große Nachfrage nach Motorstrom IM zu befriedi
gen. In kleinerem Maßstab sind andererseits der Mikrorech
ner 55, die peripheren Schaltungsvorrichtungen, einschließ
lich der Ansteuerschaltung 47 und der Motorstromerfassungs
einrichtung 48 sowie der Leitungen L3-L5 ausgeführt, da
mit der geringere Strombedarf und die Bedingungen für eine
äußerst dichte oder kompakte Anordnung erfüllt werden kön
nen.
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine bekannte Schaltkreisan
ordnung für eine Servolenkung mit Motorantrieb, die Halb
leiterschaltvorrichtungen Q1-Q4, Schaltkreiskomponenten
42-45 sowie einen Mikrorechner 55 aufweist, die alle den
in Fig. 2 gezeigten Elementen ähneln.
Bei diesem Beispiel bestehen die Halbleiterschaltvorrich
tungen Q1-Q4 jeweils aus einem Paar Feldeffekttransisto
ren, die mit Harz beschichtet sind. Es sind drei Kondensa
toren vorgesehen, um für große Kapazität zu sorgen. Der Mi
krorechner 55 besteht aus einer Leiterplatte in Form eines
einzigen Chips. Aus Gründen der Einfachheit bei der Dar
stellung sind die peripheren Schaltkreisvorrichtungen, die
Verdrahtungsmuster und Leitungen alle weggelassen und
statt dessen nur einige typische Bauelemente gezeigt.
Zu der Schaltkreisanordnung gehört ein kastenartiger Me
tallrahmen 1, der eine Doppelfunktion hat, nämlich die ei
ner Abschirmplatte und einer Wärmeableitplatte. Auf dem Bo
den des Metallrahmens 1 ist eine elektrisch isolierte Lei
terplatte 2 angeordnet. Mit der Innenfläche des Metallrah
mens 1 ist jeweils eine Stirnfläche von Wärmeableitplatten
3 verbunden, die beispielsweise aus Aluminium bestehen. Die
jeweiligen Schaltkreiskomponenten 42-45, der Mikrorechner
55 und ähnliche Elemente sind auf der isolierten Leiter
platte 2 angeordnet. Die Halbleiterschaltvorrichtungen Q1-Q4
sind mit den anderen Oberflächen der entsprechenden Wär
meabfuhrplatten verbunden.
Verdrahtungsplatten 4a-4e, die den Verdrahtungsmustern P1-P5
entsprechen, bestehen aus großen leitfähigen Platten,
deren Breite und Dicke größer ist, damit insbesondere ein
großer Strombedarf gedeckt werden kann, anders als bei den
anderen Verdrahtungsmustern auf der isolierten Leiterplatte
2.
Unter Hinweis auf Fig. 2 soll nunmehr beschrieben werden,
wie die in Fig. 3 gezeigte Schaltkreisanordnung arbeitet.
Der Mikrorechner 55 fragt das Lenkdrehmoment T vom Drehmo
mentsensor 50 und die Fahrzeuggeschwindigkeit V vom Fahr
zeuggeschwindigkeitssensor 51 ab bzw. liest diese Signale
und erhält aus dem Nebenschlußwiderstand 43 den Motorstrom
IM zurück. Daraufhin erzeugt er einen Befehl Do, der die
Drehrichtung für die Servolenkung angibt, sowie einen Steu
erstromwert Io, der dem Hilfsdrehmoment entspricht, wobei
diese beiden Signale über die Leitung L5 in die Ansteuer
schaltung 47 eingegeben werden.
Die Ansteuerschaltung 47 gibt über die Leitung L3 einen Be
fehl an das normalerweise offene Relais 46 ab, um dieses
während des normalen Betriebs zu schließen. Nach Eingabe
des Drehrichtungsbefehls Do und des Steuerstromwertes Io in
die Ansteuerschaltung 47 erzeugt diese ein PWM-Antriebssignal
und legt es über die Leitung L4 an die Halbleiter
schaltvorrichtungen Q1-Q4 der Brückenschaltung 44 an.
Folglich wird der Motor 40 vom Motorstrom IM angetrieben,
der von der Batterie 41 über eine der externen Leitungen
L2, den Verbinder 45, das Relais 46, das Verdrahtungsmuster
P4, den Nebenschlußwiderstand 43, das Verdrahtungsmuster
P1, die Brückenschaltung 44, das Verdrahtungsmuster P3, den
Verbinder 45 und die andere der externen Leitungen L2 in
dieser Reihenfolge fließt.
Dabei wird der Motorstrom IM über den Nebenschlußwiderstand
43 und die Motorstromerfassungseinrichtung 48 festgestellt
und an die Subtrahiereinrichtung 57 im Mikrorechner 55 zu
rückgeleitet, wodurch der Motorstrom IM so gesteuert wird,
daß er dem Motorstrombefehl Im entspricht.
Zwar enthält der Motorstrom IM einen durch Schaltvorgänge
bei der Impulsbreitenmodulation der Brückenschaltung 44
hervorgerufenen Welligkeitsanteil, aber dieser wird durch
den Kondensator 42 von großer Kapazität geglättet und un
terdrückt.
Der durch eine Schaltkreisanordnung für eine Servolenkung
mit Motorantrieb gesteuerte Motorstrom IM beträgt bei die
ser Art von System etwa 25A und zwar selbst für ein
leichtes Fahrzeug, und erreicht einen Wert von etwa 60A bis
80A bei einem kleinen Fahrzeug. Dementsprechend ist die Ge
samtgröße der Halbleiterschaltvorrichtungen Q1-Q4, aus
denen die Brückenschaltung 44 aufgebaut ist, größer, wenn
der erforderliche Motorstrom IM zunimmt. Außerdem muß die
Wärmeerzeugung beim Einschalten der Schaltvorrichtungen und
beim Modulieren der Impulsbreite eingegrenzt werden, so daß
infolgedessen eine ganze Vielzahl von Schaltvorrichtungen
parallelgeschaltet werden muß, wie Fig. 3 zeigt.
Die Wärmeableitplatte 3 muß die von den Halbleiterschalt
vorrichtungen Q1-Q4 abgegebene Wärme abführen. Die Zahl
der erforderlichen Schaltvorrichtungen muß mit zunehmendem
Motorstrom IM erhöht werden, was eine Vergrößerung der Wär
meableitplatte 3 mit sich bringt.
Mit zunehmendem Motorstrom IM, einer wachsenden Zahl an
Halbleiterschaltvorrichtungen Q1-Q4 und der größeren Wär
meableitplatte 3 nimmt außerdem die Länge der Verdrahtungs
muster P1, P2 und P4 von den Anschlüssen des Verbinders 45
zur Erde über das Relais 46, den Nebenschlußwiderstand 43
und die Brückenschaltung 44 zu, wie auch die Länge des Ver
drahtungsmusters P3 von der Brückenschaltung 44 zum Motor
40 notwendigerweise größer sein muß.
Deshalb besteht die Möglichkeit, daß bei einem abrupten
Temperaturanstieg aufgrund einer durch einen Spannungsab
fall in den Verdrahtungsmustern P1-P4 hervorgerufenen
Wärmeabgabe der Wärmewiderstand und die Dauerhaftigkeit der
Verdrahtungsmuster P1-P4 leidet. Um das zu vermeiden,
sind die in Fig. 3 gezeigten dickeren und breiteren Ver
drahtungsplatten 4a-4e vorgesehen, damit der größere
Strombedarf gedeckt werden kann. Das hat allerdings zur
Folge, daß die isolierte Leiterplatte 2 vergrößert werden
muß.
Noch größer muß die Leiterplatte 2 werden, weil entspre
chender Einbauraum nötig ist, wenn wegen des höheren Mo
torstrombedarfs die Kondensatoren 42, der Nebenschlußwider
stand 43 und das Relais 46 größer ausfallen.
Wie schon gesagt, ist die oben erwähnte Schaltkreisanord
nung für eine Servolenkung mit Motorantrieb so gestaltet,
daß die Kondensatoren 42, der Nebenschlußwiderstand 43, die
Brückenschaltung 44, die Wärmeableitplatte 3 und die Verdrah
tungsplatten 4a-4e (die Verdrahtungsmuster P1-P5), die den
großen Strombedarf decken können, auf der isolierenden Leiter
platte 2 angeordnet sind. Wegen der Größe der Schaltkreiskompo
nenten 42-44 und der Verdrahtungsmuster P1-P5 wird also
auch die isolierte Leiterplatte 2 groß, was wiederum das Ge
wicht und die Herstellungskosten erhöht und außerdem die Mon
tierbarkeit beeinträchtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der genannten
Nachteile beim Stand der Technik eine Schaltkreisanordnung für
eine Servolenkung mit Motorantrieb zu schaffen, die bei ver
besserter Wärmeabführung kleiner ausfallen kann und deren Her
stellungskosten folglich geringer sind.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An
spruches 1 gelöst.
Bei einer gemäß der Erfindung aufgebauten Schaltkreisanordnung
für eine Servolenkung mit Motorantrieb kann die durch den
Schalter und das Verdrahtungsmuster bei zunehmendem Motorstrom
abgestrahlte Wärme über die erfindungsgemäß vorgegebene Metall
grundplatte wirksam abgeführt werden.
Vorzugsweise ist zwischen der Metallgrundplatte und der elek
trisch isolierten Leiterplatte ein Stützglied angeordnet, um
einen vorherbestimmten Abstand zwischen beiden aufrechtzuerhal
ten. Durch diese Anordnung wird der Zusammenbau des Systems er
leichtert und die Produktivität erhöht.
Die Rauschunterdrückungseinrichtung weist vorzugsweise einen
Kondensator auf, dessen eines Ende mit dem mit Bezug auf Fig. 2
und 3 erwähnten Nebenschlußwiderstand verbunden ist, während
das andere Ende geerdet ist. Der Kondensator ist am Stützglied
befestigt,
was den Zusammenbau und die Produktivität noch weiter ver
bessert.
Vorzugsweise ist ein Verbinder vorgesehen, der einen erwei
terten Anschluß hat, welcher mit einer von der Metallgrund
platte vorstehenden Leitung verbunden ist. Der Verbinder
ist am Stützglied befestigt, um den Motor und die Strom
quelle mit dem Schalter elektrisch zu verbinden, was wie
derum den Zusammenbau und die Produktivität verbessert.
Die elektrisch isolierte Leiterplatte ist vorzugsweise in
eine Vielzahl von Bereichen unterteilt. Mindestens einer
dieser unterteilten Bereiche ist horizontal parallel zur
Metallgrundplatte angeordnet, um die Größe noch stärker zu
verringern und den Zusammenbau und die Produktivität zu
verbessern.
Die elektrisch isolierte Leiterplatte ist vorzugsweise mit
einer Abschirmplatte bedeckt, um elektromagnetisches Rau
schen zu unterbrechen. Da die Metallgrundplatte bereits
eine Oberfläche der elektrisch isolierten Leiterplatte ab
schirmt, wird durch das Abdecken der anderen Oberfläche der
elektrisch isolierten Leiterplatte mit der Abschirmplatte
eine vollständige Abschirmung der Leiterplatte erzielt, wo
durch wiederum die Gesamtgröße der Anordnung kleiner und
das Zusammensetzen vereinfacht und damit die Produktivität
verbessert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften
Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungs
beispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1(a) und 1(b) eine Schaltkreisanordnung für eine Ser
volenkung mit Motorantrieb gemäß der Erfindung,
wobei Fig. 1(a) eine Seitenansicht und Fig. 1(b)
eine Draufsicht ist;
Fig. 2 ein Schaltkreisdiagramm einer allgemeinen Schalt
kreisanordnung für eine Servolenkung mit Motoran
trieb; und
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Aufbau einer weiteren
Schaltkreisanordnung für eine Servolenkung mit
Motorantrieb.
Unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen sollen ver
schiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung nä
her erläutert werden, wobei Fig. 1(a) und 1(b) den Aufbau
einer Schaltkreisanordnung für eine Servolenkung mit Motor
antrieb gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin
dung zeigen. In Fig. 1(a) ist die Schaltkreisanordnung in
seitlichem Schnitt gezeigt, während Fig. 1(b) eine Drauf
sicht auf die Anordnung gemäß Fig. 1(a) ist, bei der die
isolierte Leiterplatte weggelassen ist.
Bei dem in Fig. 1(a) und 1(b) gezeigten Ausführungsbeispiel
einer Schaltkreisanordnung für eine Servolenkung mit Motor
antrieb ist ein Schalter in Form einer Brückenschaltung 44
vorgesehen, die Halbleiterschaltvorrichtungen Q1-Q4, eine
erste elektrisch isolierte Leiterplatte 2, eine Rauschun
terdrückungseinrichtung in Form eines Kondensators 42, eine
Motorstromerfassungseinrichtung in Form eines Neben
schlußwiderstands 43 und eines Motorstromdetektors, Verbin
der 45, ein Relais 46, eine Ansteuerschaltung 47, eine
Steuereinheit in Form eines Mikrorechners 55 und Leitungen
L1, L3-L5 aufweist, die alle den entsprechenden, in der
anhand von Fig. 2 oder 3 erläuterten Schaltungsanordnung
enthaltenen Bauelementen ähnlich sind. Ein Metallrahmen 1A
und eine Wärmeableitplatte 3A entsprechen den in Fig. 2 und
3 mit Bezugszeichen 1 bzw. 3 bezeichneten Teilen.
Die in Fig. 1(a) und 1(b) nicht gezeigten Komponenten der
Schaltkreisanordnung ähneln den in Fig. 2 gezeigten. Der
normale Betrieb dieser Schaltkreisanordnung gemäß der Er
findung ist ähnlich wie der schon anhand von Fig. 2 be
schriebene und wird deshalb nicht noch einmal wiederholt.
Der Mikrorechner 55 und die mit ihm verbundenen peripheren
Schaltkreisvorrichtungen, beispielsweise eine Schnittstel
lenschaltung, eine Stromzufuhreinheit, eine logische Ein
heit und eine Signalverarbeitungsschaltung, durch die ein
begrenzter Strom fließt, sind alle auf der ersten elek
trisch isolierten Leiterplatte 2 angeordnet. Auf dieser be
findet sich auch ein nicht gezeigter Sensorsignalverbinder,
der mit einem Drehmomentsensor 50 und einem Geschwindig
keitssensor 51 verbunden ist (siehe Fig. 2).
Die Wärmeableitplatte 3A hat die Aufgabe einer Abschirm
platte, die den unteren Teil der Schaltkreisanordnung ab
schirmt. Der Metallrahmen IA ist mit der Wärmeableitplatte
3 elektrisch verbunden, so daß eine vollkommen abgeschirmte
Konstruktion entsteht und die Übertragung elektromagneti
scher Störungen an die isolierte Leiterplatte 2 unterbro
chen ist.
Auf der Wärmeableitplatte 3A ist eine zweite elektrisch
isolierte Leiterplatte 2A angebracht, die von der ersten
Leiterplatte 2 getrennt ist, an der der Mikrorechner 55
montiert ist. Eine Ansteuerschaltung 47 (eine periphere
Schaltkreisvorrichtung) in Form eines IC-Chips ist auf der
zweiten isolierten Leiterplatte 2A vorgesehen.
Die Metallgrundplatte 10 besteht beispielsweise aus einer
HITT-Grundplatte (Markenname), die von der Firma Denki
Kagaku Kogyo K.K. hergestellt wird. Das Verdrahtungsmuster
P in Form eines Kupfermusters in einer Dicke von 100 µm
(überzogen mit einem Aluminiumfilm in einer Dicke von
20 µm) ist auf der Aluminiumgrundplatte angeordnet, deren
Dicke 3 mm beträgt, wobei zwischen ihnen eine 80 µm dicke
Isolierschicht vorgesehen ist. Die Verdrahtungsmuster P1-P5
und dergleichen sind hier insgesamt als Verdrahtungsmu
ster P bezeichnet, von dem nur ein Teil dargestellt ist.
Die Metallgrundplatte 10 ist an der Rückseite mit der Wär
meableitplatte 3A fest verbunden, was die Wärmeabführungs
funktion verbessert. Die Metallgrundplatte 10 und die
zweite isolierte Leiterplatte 2A sind horizontal parallel
zueinander angeordnet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Nebenschlußwiderstand 43 und
die Brückenschaltung 44 am Verdrahtungsmuster P angebracht,
welches mit der Metallgrundplatte 10 über die Isolier
schicht verbunden ist. Die Metallgrundplatte 10 dient auch
als Wärmeableitungsplatte. Ferner hat das auf der Metall
grundplatte 10 ausgebildete Verdrahtungsmuster P eine aus
reichend große Querschnittsfläche oder Kapazität, um einen
großen Strombedarf befriedigen zu können. Auch die Schalt
kreisvorrichtungen, durch die der Motorstrom IM fließt,
können am Verdrahtungsmuster P angebracht sein.
Die Halbleiterschaltvorrichtungen Q1-Q4, aus denen die
Brückenschaltung 44 besteht, sind beispielsweise aus acht
blanken Chips aufgebaut, die nicht mit Harz überzogen sind
(zwei für jede Schaltvorrichtung). Die Brückenschaltung 44
kann auf folgende Weise hergestellt sein. Die blanken Chips
werden mit einer nicht gezeigten, primären Wärmesenke über
Kupfer oder Molybdän verlötet, und das entstehende Produkt
mit dem Verdrahtungsmuster P (P1-P3 und dergleichen) auf
der Metallgrundplatte 10 beispielsweise durch weiteres Lot
und Aluminiumkontaktieren verbunden. Die erhaltene Brücken
schaltung 44 wird dann mit dem Motor 40 verbunden, wie in
Fig. 2 gezeigt.
Wie vorstehend erwähnt, bestehen die Halbleiterschaltvor
richtungen Q1-Q4 aus blanken Chips, die kleiner sind als
die normalen mit Harzüberzügen versehenen Halbleiterschalt
vorrichtungen, weil sie nicht mit Harz überzogen sind. Des
halb kann die Brückenschaltung 44 auf geringerem Raum auf
der Metallgrundplatte 10 untergebracht werden. Infolgedes
sen kann selbst bei einer Parallelschaltung von drei oder
mehr blanken Chips für jede Halbleiterschaltvorrichtung
entsprechend einem höheren Erfordernis an Motorstrom IM die
Brückenschaltung 44 immer noch in kleinem Einbauraum auf
der Metallgrundplatte 10 angebracht werden.
Die von den Halbleiterschaltvorrichtungen Q1-Q4 und dem
Verdrahtungsmuster P abgegebene Wärme wird außerdem über
die Metallgrundplatte 10 wirksam an die Wärmeableitplatte
3A weitergegeben, die dann die Wärme an die Außenseite der
Anordnung abführen kann. Folglich kann ein Anstieg der Tem
peratur vermieden werden, obwohl die Metallgrundplatte 10
kleinere Abmessungen hat.
Eine Vielzahl von Leitungen 14a-14g stehen vom Verdrah
tungsmuster P auf der Metallgrundplatte 10 vor, von denen
die Leitungen a und g dem Verdrahtungsmuster P des Relais
46 bzw. der Leitung L3 entsprechen.
Zwischen der Metallgrundplatte 10 und der ersten isolierten
Leiterplatte 2 ist ein isolierendes Stützglied 5 angeord
net, welches einen vorherbestimmten Abstand zwischen den
beiden genannten Elementen aufrechterhält. Am isolierenden
Stützglied 5 ist ferner der Kondensator 42, der Verbinder
45 und das Relais 46 befestigt.
Das Stützglied 5 ist schichtartig zwischen der Metallgrund
platte 10 und der ersten isolierten Leiterplatte 2 von oben
nach unten gesehen angeordnet. Die Metallgrundplatte 10 und
die erste gedruckte Leiterplatte 2 überlappen einander mit
einem gewissen Abstand.
Der Kondensator 42 ist mit dem am Stützglied 5 angebrachten
Muster über Elektrodenanschlüsse 42a und einen Stützan
schluß 42b verlötet. Das eine Ende des Kondensators 42 ist
an dem einen Elektrodenanschluß 42a an der Erdungsseite
(negativ) mit den Erdanschlüssen der Verbinder 45 verbunden
und am anderen Elektrodenanschluß 42a, an der positiven
Seite, über die Leitung 14e mit dem Nebenschlußwiderstand
43. Der Elektrodenanschluß 42b sichert das andere Ende des
Kondensators 42 am Stützglied 5.
Die Verbinder 45 sind am Stützglied 5 integral befestigt,
beispielsweise durch Einsatzformgebung eines Harzes zu ei
ner rahmenartigen Gestalt. Die Verbinder 45 sind an ihren
Innenseiten mit verlängerten Anschlüssen 45a ausgebildet,
die mit Leitungen 14b-14d elektrisch verbunden sind, wel
che in einer stangenartigen Anordnung von der Metallgrund
platte 10 vorstehen.
Wie Fig. 2 zeigt, sind die Verbinder 45 an den Anschlüssen
in der Nähe der Außenseite der Anordnung mit dem Motor 40
und der Batterie 41 über die externe Leitung L2 verbunden.
Die Verbinder 45 können Einsatzstifte oder schraubartige
Verbindungsanschlüsse haben.
Das Relais 46 ist an einem Relaiskontaktanschluß in der
Nähe der Batterie 41 mit den Batterieanschlüssen der Ver
binder 45 und am anderen Relaiskontaktanschluß in der Nähe
der Brückenschaltung 44 über die Leitung 14a mit dem Ver
drahtungsmuster P4 verbunden.
Wie vorstehend schon beschrieben, sind für den Kondensator
42, die Verbinder 45 und das Relais 46, wenn sie eine große
Kapazität oder ein großes Volumen haben, große Einbauräume
nötig, so daß es schwierig ist, diese Elemente auf der Me
tallgrundplatte 10 von verhältnismäßig beschränktem Bereich
anzubringen. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, sind sie
folglich am Stützglied 5 angebracht, welches in der Zwi
schenschicht liegt, und sind mit dem Verdrahtungsmuster P
über die von der Metallgrundplatte 10 vorstehenden Leitun
gen 14a-14e elektrisch verbunden.
Das erlaubt eine größere Gestaltungsfreiheit für die Teile
zwischen dem Verdrahtungsmuster P auf der Metallgrundplatte
10 und den entsprechenden Anschlüssen des Kondensators 42
und des Relais 46 sowie zwischen dem Verdrahtungsmuster P
und den verlängerten Anschlüssen 45a der Verbinder 45.
Folglich können die Leitungen im Hinblick auf eine kompakte
Anordnung wirksam verkürzt werden.
Da ferner für die genannten Schaltkreiskomponenten und Lei
tungen weniger Einbauraum nötig ist, kann auch die Größe
der oberhalb bzw. unterhalb des Stützgliedes 5 angeordneten
ersten isolierten Leiterplatte 2 und Metallgrundplatte 10
entsprechend reduziert werden.
Eine Ansteuerschaltung 47 in Form einer integrierten Hy
bridschaltung, die auf einer dicken Basis einer Aluminium
dioxidschicht der zweiten isolierten Leiterplatte 2A ange
bracht ist, ist mit der Brückenschaltung 44 auf der Metall
grundplatte 10 über die Leitung L4 und auch mit dem Mikro
rechner 55 auf der ersten isolierten Leiterplatte 2 über
die Leitung L5 verbunden.
Bei dieser Anordnung ist die zweite isolierte Leiterplatte
2A, die von der ersten isolierten Leiterplatte 2 in Form
der oberen Schicht getrennt ist, in der gleichen Ebene an
geordnet, in der sich die Metallgrundplatte 10 in Form der
Bodenschicht befindet. Somit wird kein Raum auf der Metall
grundplatte 10 verschwendet, sondern wirksam ausgenutzt,
und die Schaltungsanordnung als Ganzes kann weiter ver
kleinert werden. Der Mikrorechner 55 und die peripheren
Schaltkreisvorrichtungen (beispielsweise die Ansteuerschal
tung 47) können auch mit größerer Dichte kompakt montiert
werden.
Ferner wirkt der Metallrahmen 1A, der die Aufgabe einer Ab
schirmplatte hat, mit der Wärmeableitplatte 3A so zusammen,
daß die isolierten Leiterplatten 2 und 2A vollständig be
deckt sind, wodurch elektromagnetische Störungen, die sonst
in die Leiterplatten 2 und 2A eingehen könnten, zuverlässig
unterbrochen sind.
Bei dem vorstehend beschriebenen, ersten Ausführungsbei
spiel ist die Ansteuerschaltung 47 in Form einer integrier
ten Hybridschaltung auf der zweiten isolierten Leiterplatte
2A angebracht, die über die Leitung L5 mit der ersten iso
lierten Leiterplatte 2 verbunden ist. Das Relais 46 und die
Ansteuerschaltung 47 kann jedoch auch auf der Metallgrund
platte 10 oder der ersten isolierten Leiterplatte 2 ange
bracht werden, die dann beide über die Leitung L5 unmittel
bar miteinander verbunden sein können. In diesem Fall kann
die zweite isolierte Leiterplatte 2A fehlen.
Beim ersten Ausführungsbeispiel ist das Stützglied 5 in
Form eines Abstandhalters zwischen der ersten isolierten
Leiterplatte 2 und der Metallgrundplatte 10 angeordnet, was
die Anordnung vereinfacht und die Produktivität verbessert.
Allerdings kann die erste isolierte Leiterplatte 2 und die
Metallgrundplatte 10 auch so konstruiert sein, daß zwischen
ihnen ein vorherbestimmter Abstand eingehalten wird. In
diesem Fall kann auf das Stützglied 5 verzichtet werden.
Beim ersten Ausführungsbeispiel ist das Relais 46 am Stütz
glied 5 angebracht; aber es kann an beliebiger Stelle auch
außerhalb der Anordnung vorgesehen sein. Da es hinsichtlich
des Relais 46 keine Einschränkungen für den Einbauraum
gibt, kann das Relais auch größer sein, um einem größeren
Strombedarf genüge zu tun.
Zwar ist hier nur ein einziger Nebenschlußwiderstand 43 und
ein Relais 46 beschrieben worden; aber es kann auch eine
Reihe von Nebenschlußwiderständen 43 oder Relais 46 in
Reihe geschaltet werden, wenn der Strombedarf größer ist.
Es wurden vier Halbleiterschaltvorrichtungen Q1-Q4 be
schrieben, aus denen die Brückenschaltung 44 aufgebaut ist,
wenn davon ausgegangen wird, daß es sich bei dem Motor 40
um einen Gleichstrommotor handelt. Es können aber auch
sechs Halbleiterschaltvorrichtungen für die Brückenschal
tung 44 vorgesehen sein, wenn der Motor 40 ein bürstenloser
Motor ist.
Claims (9)
1. Schaltkreisanordnung für eine Servolenkung mit Motoran
trieb, die folgendes aufweist:
- - einen Motor (40), der ein Hilfsdrehmoment erzeugt, welches an ein Lenkrad eines Fahrzeugs anlegbar ist;
- - eine Stromquelle (41), die einen Motorstrom (IM) zum Antrieb des Motors liefert;
- - eine Motorstromerfassungseinrichtung (48), die den von der Stromquelle dem Motor zugeführten Motorstrom (IM) erfaßt und ein entsprechendes Ausganssignal erzeugt;
- - einen Drehmomentsensor (50), der ein Lenkdrehmoment des Lenkrades erfaßt und ein entsprechendes Ausgangs signal erzeugt;
- - einen Geschwindigkeitssensor (51), der die Geschwin digkeit des Fahrzeugs erfaßt und eine entsprechendes Ausgangssignal erzeugt;
- - eine Steuereinheit, die ein Zielhilfsdrehmoment errechnet, welches der Motor auf der Basis der Aus gangssignale des Drehmomentsensors und des Geschwin digkeitssensors erzeugen soll und mit der der Ausgang der Motorstromerfassungseinheit rückgekoppelt ist, um ein Ansteuersignal für die Steuerung eines Schalters zu erzeugen; und
- - eine elektrisch isolierte Leiterplatte (2, 2A), auf der die Steuereinheit angebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Schalter die Polarität des dem Motor zugeführten Motorstroms umschaltet, um die Umdrehungsrichtung des Motors zu ändern;
- - eine Rauschunterdrückungseinrichtung vorgesehen ist, die einen im Motorstrom enthaltenen Welligkeitsanteil unter drückt; und
- - eine Metallgrundplatte (10) vorgesehen ist, auf der unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht ein Verdrahtungsmu ster (P) ausgebildet ist, auf dem die Motorstromerfas sungseinrichtung und der Schalter angebracht sind, wobei die Metallgrundplatte und die elektrisch isolierte Leiter platte einander unter Einhaltung eines vorherbestimmten Abstandes überlappen.
2. Schaltkreisanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Metallgrundplatte (10) und der Leiterplatte
(2, 2A) ein Stützglied (5) angeordnet ist, welches den
vorherbestimmten Abstand zwischen ihnen einhält.
3. Schaltkreisanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Rauschunterdrückungseinrichtung einen Kondensator (42)
aufweist, der an einem Ende mit einem Nebenschlußwider
stand (43) verbunden ist, während sein anderes Ende
geerdet ist, wobei der Kondensator am Stützglied (5)
befestigt ist.
4. Schaltkreisanordnung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Verbinder (45) mit einem verlängerten Anschluß (45a)
an eine von der Metallgrundplatte (10) vorstehende Leitung
angeschlossen ist, der am Stützglied (5) so befestigt ist,
daß er den Motor und die Stromquelle mit dem Schalter
elektrisch verbindet.
5. Schaltkreisanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet, daß
die elektrisch isolierte Leiterplatte (2, 2A) in eine
Vielzahl von Bereichen unterteilt ist, von denen minde
stens einer horizontal parallel zur Metallgrund
platte (10) angeordnet ist.
6. Schaltkreisanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet, daß
die elektrisch isolierte Leiterplatte (2, 2A) mit einer
Abschirmplatte bedeckt ist, die elektromagnetisches Rau
schen unterbricht.
7. Schaltkreisanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Schalter ein Brückenschaltung (44) mit einer Vielzahl
untereinander über ein Verdrahtungsmuster (P) verbundener
Halbleiterschaltvorrichtungen (Q1-Q4) aufweist.
8. Schaltkreisanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Motorstromerfassungseinrichtung einen Nebenschlußwi
derstand (43) aufweist, der über ein Verdrahtungsmuster
mit der Brückenschaltung (44) verbunden ist, sowie einen
Motorstromdetektor (48), der an einem Ende mit einem Ende
des Nebenschlußwiderstands (43) und am anderen Ende mit
einer Steuereinheit verbunden ist.
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