DE10249146B4

DE10249146B4 - Integriertes Steuerungsystem

Info

Publication number: DE10249146B4
Application number: DE10249146A
Authority: DE
Inventors: Zhong-You Ann Arbor Shi; Bernard A. Taylor Meyer; Harvinder Shelby Township Singh; Jay DeAvis West Bloomfield Baker; Lawrence LeRoy Novi Kneisel; Richard Keith Dearborn McMillan; David James Canton Steinert
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: US20030089335A1; US6772733B2; DE10249146A1

Abstract

Integriertes Steuerungssystem, bestehend aus:
• einem integrierten Schaltkreis, der mindestens eine Komponente eines Verbrennungsmotors steuert;
• einer ersten Lichtquelle, die bei Auslösung durch einen integrierten Schaltkreis ein erstes Lichtsignal erzeugt;
• einem LCC, durch den sich das erste Lichtsignal von der ersten Lichtquelle ausbreitet,
wobei ein Signal, das die Komponente eines Verbrennungsmotors ansteuert, aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus dem ersten Lichtsignal und einem nach dem ersten Lichtsignal erzeugten Signal besteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes optoelektronisches Steuerungssystem zur Steuerung einer Komponente oder eines Teilsystems eines Verbrennungsmotors. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung ein integriertes optoelektronisches Steuerungssystem zur Steuerung einer Komponente oder eines Teilsystems eines Verbrennungsmotors, das ein Lichtsignal und einen Lichtkommunikationskanal zum Aktivieren und zur Steuerung einer Motorkomponente nutzt.
Hintergrund der Erfindung
Elektronische Komponenten sind gewöhnlich auf der Oberfläche von herkömmlichen geformten dreidimensionalen Substraten angebracht. Gegenwärtig erfolgen die Kommunikationen zwischen den Komponenten auf solchen Substraten hauptsächlich durch den Gebrauch von Bohrungen, elektrischen Leitungen und anderen konventionellen Verbindern. Das Beharren auf konventionellen Verbindungstechnologien bringt jedoch verschiedene Nachteile mit sich, wie z. B. zusätzliche Kompliziertheit bei der Komponentenmontage, mangelnde Zuverlässigkeit der Verbinder aufgrund der großen Anzahl der erforderlichen Leitungen, Signalinterferenz und Beeinflussung zwischen benachbarten Leitungen, Erhöhung des Gewichts des Substrats, geringere atenübertragungsrate und hohe Produktionskosten.
Aus dem Stand der Technik ist eine lichtleitende Schaltkreiseinheit zur Anwendung in optischen Multiplex-Übertragungssystemen für Fahrzeuge vorbekannt, die in der DE 35 33 286 A1 offenbart wurde. Hierbei besteht die lichtleitende Schaltkreiseinheit aus einem optischen Material gefertigten Substrat und umfasst eine Lichteintrittsfläche zum Einlassen eines Lichtstrahls aus einer Lichtquelle, eine Lichtaustrittsfläche zum Austreten lassen eines Lichtstrahls zu einem Lichtempfangselement und einen lichtleitenden Pfad. Der lichtleitende Pfad ist aus einem Teil des Substrats gebildet, um Lichtstrahlen von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche zu leiten, und mit einer Kombination aus Lichtwegumlenkteilen und optischen Schaltmechanismen, die beide im Wesentlichen in das Substrat integriert sind.
In der DE 29 19 558 A1 ist ein unterbrecherloser Impulsverteiler für die serielle Verteilung elektrischer Impulse an eine Anzahl von elektrisch beaufschlagbaren Ausgangsleitungen, insbesondere für Zündanlagen von Verbrennungsmotoren beschrieben. Der Impulsverteiler umfasst hierbei eine Anzahl von elektrisch betätigter Strahlungsenergiequellen, deren Anzahl gleich der Anzahl der alle an die Eingangsleitung geführten Ausgangsleitungen ist, um gleichzeitig für die Dauer eines jeden Impulses auf der Eingangsleitung Strahlungsenergie abzugeben. Ferner ist jeder Strahlungsenergiequelle ein lichtempfindlicher Schalter zugeordnet, welcher der Strahlungsquelle im Abstand zugekehrt angeordnet ist, wobei die einzelnen lichtempfindlichen Schalter jeweils an eine Ausgangsleitung angeschlossen sind, um ihren Kreis zu schließen, wenn sie durch die zugeordnete Energiestrahlungsquelle beaufschlagt werden. Des Weiteren ist ein Verschluss vorgesehen, der beweglich zwischen den Strahlungsenergiequellen und den lichtempfindlichen Schaltern angeordnet ist, um die gleichzeitige Aufnahme von Strahlungsenergie der zugeordneten Strahlungsenergiequelle durch alle lichtempfindlichen Schalter mit Ausnahme eines einzigen zu sperren. Ergänzend sind Einrichtungen zur Bewegung des Verschlusses gegenüber den Strahlungsenergiequellen und den lichtempfindlichen Schaltern synchron mit den Impulsen auf der Eingangsleitung vorgesehen, die der Reihenfolge nach und wiederholt die Aufnahme von Strahlungsenergie durch die einzelnen lichtempfindlichen Schalter für jeden aufeinanderfolgenden Impuls af der Eingangsleitung freizugeben, wodurch Impulse seriell auf aufeinanderfolgenden Ausgangsleitungen erzeug werden.
Den Stand der Technik repräsentiert weiterhin die WO 89/09324 A1, in der eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Mitteln zur Leistungssteigerung offenbart ist. Hierbei ist zur Verarbeitung der aus der Position der Kolben der Brennkraftmaschine gebildeten Steuergröße ein Regel- und Steuereinrichtung vorgesehen. Die Regel- und Steuereinrichtung ist programmierbar mit einem Mikroprozessor ausgebildet und ist über eine elektrische Leistungsschalteinrichtung mit der Brennstoffeinlasseinrichtung und dem Einlassventil verbunden. Ferner umfasst die Regel- und Steuereinrichtung einen als Ein-Chip ausgebildeten Prozessor mit elektronischen und optischen Eingängen und Ausgängen. Der Mikroprozessor ist dabei in einem elektromagnetisch abgeschlossenen Gehäuse angeordnet und über elektrooptische Impulsge ber mittels Lichtwellenleitern mit den Leistungsschaltern und Sensoren zur Messung der Kolbenhubposition, der Zylinderwandtemperatur und des Drucks im Zylinder verbunden.
Ferner ist in der US 5,539,200 A ist ein integriertes optoelektronisches Substrat offenbart. Das geformte Substrat hat eine Oberfläche, einen Kernbereich mit einer ersten optischen Oberfläche sowie einen zumindest teilweise den Kernbereich umgebenden Hüllbereich. Ein einen ersten und einen zweiten Oberflächenabschnitt aufweisendes Verbindungsboard ist auf das geformte optoelektrische Substrat aufgelegt, wodurch die funktionelle Kopplung zwischen dem geformten optoelektrischen Substrat und dem Verbindungsboard erzielt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein integriertes Steuerungssystem vorzuschlagen, mit dem Daten mit einer hoher Übertragungsrate zuverlässig übertragen werden können und welches nur geringe Bauteile zu seiner Fertigung benötigt.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
In einer Ausführung der Erfindung wird ein integriertes Steuerungssystem bereitgestellt, das einen integrierten Schaltkreis, der mindestens eine Komponente eines Motors steuert, und eine Signalquelle, die bei Ansteuerung durch einen integrierten Schaltkreis ein erstes Lichtsignal erzeugt, umfasst. Das erste Lichtsignal breitet sich von der ersten Lichtsignalquelle durch einen Lichtkommunikationskanal (LCC) aus, wobei das Signal, das die Motorkomponente ansteuert, das erste Lichtsignal oder ein nach dem ersten Lichtsignal erzeugtes Signal sein kann.
In einer Ausführung der Erfindung wird ein integriertes Steuerungssystem bereitgestellt, das einen integrierten Schaltkreis umfasst, der ein Zündsystem eines Motors steuert. Eine erste Lichtquelle erzeugt bei Ansteuerung durch einen integrierten Schaltkreis ein erstes Lichtsignal. Das erste Lichtsignal breitet sich von der ersten Lichtsignalquelle durch einen LCC aus. Ein Signal, das das Zündsystem des Motors ansteuert, ist entweder das erste Lichtsignal oder ein nach dem ersten Lichtsignal erzeugtes Signal.
In noch einer anderen Ausführung wird ein integriertes Steuerungssystem bereitgestellt, das ein Kraftstoffeinspritzsystem eines Motors steuert. Eine erste Lichtquelle erzeugt bei Ansteuerung durch einen integrierten Schaltkreis ein erstes Lichtsignal. Das erste Lichtsignal breitet sich von der ersten Lichtsignalquelle durch einen LCC aus. In einer Ausführung dient der LCC auch als Substrat. Ein Signal, das das Kraftstoffeinspritzsystem des Motors ansteuert, ist entweder das erste Lichtsignal oder ein nach dem ersten Lichtsignal erzeugtes Signal.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem auf ein Verfahren zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einem Motor gerichtet. In einer Ausführung der Erfindung umfasst das Verfahren den Gebrauch eines integrierten Schaltkreises in einem integrierten Steuerungssystem zur Steuerung einer Lichtquelle. Die Lichtquelle erzeugt ein erstes Lichtsignal, das sich durch einen LCC ausbreitet, der auch als Substrat fungieren kann. Eine Komponente eines Verbrennungssystems des Motors wird entweder durch das erste Lichtsignal oder ein nach dem ersten Lichtsignal erzeugten Signal angesteuert.
Der integrierte Schaltkreis ist vorzugsweise ein optoelektronischer Chip. Das erfindungsgemäße integrierte Steuerungssystem kann ferner aus einer geformten Abdeckung bestehen, die als Signalmedium dienen kann. In einer Ausführung breitet sich das Lichtsignal durch einen LCC entlang einer Kante eines Substrats aus. Das Lichtsignal- kann sich auch an einer Stelle auf einer Fläche des LCC ausbreiten, wo physische Kratzer oder Vertiefungen angeordnet sind, die dem Lichtsignal das Verlassen des LCC ermöglichen und einen Signalempfänger zu erreichen.
In einer Ausführung der Erfindung wird ein kodiertes Signal zur Kommunikation zwischen mindestens einer Signalquelle und mindestens einem Signalempfänger verwendet. Das kodierte Signal kann aus einem Signal mit einer einzelnen Wellenlänge bestehen.
Die Kommunikation zwischen einer Signalquelle und einer Vielzahl von Signalempfängern kann durch einen gemeinsamen LCC erfolgen. Die Kommunikation einer Vielzahl von Signalquellen und einer Vielzahl von Signalempfängern untereinander kann auch durch einen gemeinsamen LCC erfolgen. In einer Ausführung fungiert das Substrat auch als Signalträger.
Eine einzelne Signalquelle kann gleichzeitig mit einer Vielzahl von Signalempfängern kommunizieren. Eine Signalquelle für ein Zündsystem und eine Signalquelle für ein Kraftstoffeinspritzsystem können auch ein Signal durch einen gemeinsamen LCC übertragen. Eine Signalquelle kann ein optoelektronischer Transmitter oder ein optoelektronischer Sender-Empfänger sein.
In einer Ausführung breitet sich ein Lichtsignal durch einen in einem Substrat eingeformten Lichtleiter aus. Die Komponente eines Verbrennungssystems des Motors beinhaltet ein Zündsystem und ein Kraftstoffeinspritzsystem.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen eingeformten Plastikträger (obere Figur) zum Gebrauch als Unterstützung des elektronischen Motorsteuerungssystem-(EEC-)Schaltkreises.
2 zeigt eine IPCS-Konfiguration, in der die Signalübertragung durch in einem Substrat eingeformte Lichtleiter erfolgt.
3 zeigt eine IPCS-Konfiguration, die den Gebrauch eines gemeinsamen LCC (oder eines gemeinsamen Lichtleiters oder Hohlleiters) zur Kommunikation zwischen mehreren Empfängern/Nebengeräten oder diskret zwischen einer Signalquelle und einem Signalempfänger ermöglicht.
4-5 zeigt IPCS-Systeme, in denen das Lichtsignal in einem geformten Hohlleiter oder einer LCC-Platte oder -Tafel wandert.
6 stellt eine andere Konfiguration eines LCC-basierten IPCS dar.
7 stellt eine noch andere Konfiguration eines LCC-basierten IPCS dar.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind auf den Gebrauch eines optischen Signals gerichtet, den Schaltkreis eines Integriertes Powertrain-Steuerungssystem (IPCS) anzusteuern und zu regeln. Diese Art des IPCS ist ein Hybridschaltkreis, der nicht nur durch elektrische, sondern auch durch optische Signale angesteuert und geregelt werden kann. In einem konventionellen Schaltkreis eines 8-Zylinder-Motors steuert ein integrierter Schaltkreis (IC) z. B. die Zündfolge von vier Zündkerzen auf einer Seite des Motors. Ein anderer IC steuert die Zündfolge der anderen vier Zündkerzen auf der anderen Seite des Motors. Acht IC-Chips steuern individuell den An/Aus-Zustand der Kraftstoffeinspritzung in jeden Zylinder, d. h. ein IC steuert ein Ventil.
Das hybrid-elektrische/optische Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung bietet mehrere Vorteile. Erstens profitieren sensitive Schaltkreiskomponenten von der im System reduzierten elektromagnetischen Interferenz des Systems. In dem Fall, wo Lichtkanäle als wesentlicher Teil eines Leiterplattensubstrats gefertigt sind, wiegt die gesamte Struktur des Hybridsystems weniger als ihr konventionelles Gegenstück. Außerdem erleichtert das Hybrid-IPCS der vorliegenden Erfindung die Inspektion und Diagnose von z. B. problembehafteten Zylindern, weil ein einzelner Zylinder leichter durch Überflutung seiner Empfänger mit Licht abgestellt werden kann. Zudem kann das IPCS der vorliegenden Erfindung zu verminderten Kosten hergestellt werden. Ferner kann das Hybridsystem der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit oder als Teil anderer verwandter Schaltkreise verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung steuern ein oder zwei optoelektronische Geräte, wie z. B. Transmitter, die Zündfolge von zum Beispiel acht Zündkerzen. Das Signal, das solche Geräte senden, können Lichtimpulse sein, die Digital- oder Analogsignale repräsentieren. Der optische Impuls kann empfangen und zum Aus- und Einschalten einer Zündspule verwendet werden, so dass ein Zündfunke zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemischs erzeugt wird. Genauso können die acht IC-Chips, die das Öffnen und Schließen der Ventile zur Kraftstoffeinspritzung steuern, durch optoelektronische Chips ersetzt werden. Das optische Signal, das sie aussenden, löst das Öffnen und Schließen der Ventile zur Kraftstoffeinspritzung aus.
Die optischen Signale von diesen optoelektronischen Transmittern können leiterlos übertragen werden, wenn es keine Hindernisse auf ihrem Weg gibt. Jede Signalquelle, wie z. B.
Transmitter oder Sender-Empfänger, erzeugt vorzugsweise eine einzige Wellenlänge eines Lichtsignals. Ein Wellenlängenselektionsfilter kann vor einem Signalempfänger zum Blockieren der Interferenz von Signalen, die von anderen Transmittern oder Sender-Empfängern ausgehen, angeordnet sein. Die leiterlose Kommunikation kann auch durch Verwendung von Licht einer einzelnen Wellenlänge (oder Licht mit einem engen Wellenlängenbereich) für alle Transmitter und Empfänger durch einen vor jedem Signal befindlichen Kode erreicht werden, so dass es nur den gewünschten oder bestimmungsgemäßen Empfängern möglich wäre, den Kode zu erkennen und auf das Signal zu reagieren. Damit würde verhindert, dass die nichtangesprochenen Empfänger unerwünschte Signale und Reaktionen erzeugen. Diese Ausführung der Erfindung ist in 2 dargestellt.
Die optischen Signale können sich auch innerhalb eines Signalmediums oder eines Lichtkommunikationskanals ausbreiten, das bzw. der aus einem Material wie z. B. Plastik oder anderen Arten von Polymeren gefertigt ist. Bei Verwendung von Luft oder mindestens einem Material als Hülle, das einen niedrigeren Brechungsindex als das Kernmedium hat, kann das Signal innerhalb des Substrats durch interne Reflexion übertragen werden. In bestimmten Konfigurationen können sich dann die Signale entweder über eine Substratkante aus dem Plastikmedium oder an Stellen, wo physische Kratzer oder Vertiefungen auf einer Fläche angeordnet sind, die dem Lichtsignal das Verlassen und das Erreichen eines Signalempfängers ermöglichen, hinaus ausbreiten. In diesem Fall kann das Plastikmedium in Form von z. B. einer Plastiktafel als lichtleitendes Medium zusätzlich zu den Medien, wie z. B. einem Substrat oder Teil eines Substrats bzw. einer Leiterplatte, einem Flachdraht oder einer geformten dreidimensionalen Struktur, verwendet werden. Damit kann sich das Lichtsignal nach dem Aussenden von einer Signalquelle in ein großen Gebiet innerhalb eines Plastiksubstrats zerstreuen und ausbreiten. Deshalb können mehrere Empfänger an verschiedenen Stellen die Signale von mehreren unterschiedlichen Transmittern gleichzeitig erfassen. Unterschiedliche Transmitter und/oder Empfänger können durch den Gebrauch solcher Mittel, wie z. B. Verwendung von Lichtsignalen mit verschiedenen Wellenlängen, Filter und Vorkodierung digitaler Signale, voneinander unterschieden werden.
Ein isolierter Teil eines Substrats kann als ein Lichtkanal so verwendet werden, dass ein Lichtsignal von einem Transmitter zu einem Zielempfänger nur innerhalb dieses Kanals wandert. Diese isolierten Lichtkanäle können ein wesentlicher Teil eines gesamten Substrats, wie z. B. eines Plastiksubstrats, sein. 3 stellt dieses Schema dar. 4 zeigt eine besondere Konfiguration von 3, in der eingebettete Lichtleiter als isolierte Lichtkanäle verwendet werden. Weil sich die Lichtkanäle in dieser Konfiguration nicht überlagern, ermöglicht diese Konfiguration den Gebrauch einer einzelnen Wellenlänge des Lichts zur Kommunikation zwischen einer Vielzahl von Signalquellen und einer Vielzahl von Signalempfängern.
Der IPCS-Schaltkreis ermöglicht vorzugsweise den Gebrauch sowohl von optischen als auch elektrischen Signalen. Zwei integrierte Schaltkreise (IC), die die Zündfolge der z. B. acht Zündkerzen eines 8-Zylinder-Motors steuern, können durch ein optoelektronisches Gerät, wie z. B. einen Transmitter, ersetzt werden. Lichtsignale können im Gegensatz zu elektrischen Signalen eines Standardenergieverteilungssystems als Digitalsignal übertragen werden. Das an jeder Zylinderzündstelle empfangene Lichtsignal kann zum An- und Ausschalten einer Zündspule verwendet werden, so dass ein elektrischer Zündfunke zum Zünden und Verbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in einem Zylinder erzeugt wird. In einer anderen Ausführung der Erfindung ersetzen optoelektronische Chips in einem Kraftstoffeinspritzsystem konventionelle IC-Chips, die das Öffnen und Schließen der Ventile in den Kraftstoffeinspritzeinlässen steuern.
1 zeigt einen eingeformten Plastikträger (obere Figur) zum Gebrauch als Unterstützung des elektronischen Motorsteuerungssystem-(EEC-)Schaltkreises. Diese geformte Abdeckung kann in Abhängigkeit der besonderen Konfiguration von Elektronik und Geräten auch als Hohlleiter oder Lichtkanal verwendet werden. 1 zeigt auch einen an einem Verteiler befestigten EEC (untere Figur). In dieser Konfiguration kann jeder Zylinder einen eigenen Emitter für jede Zündstelle und jeden Kraftstoffeinspritzeinlass haben. Die Signale können z. B. unter Verwendung der HF-Kommunikation übertragen werden. Die Konfiguration in 1 ermöglicht die leiterlose Signalübertragung. Jeder Transmitter erzeugt vorzugsweise ein Lichtsignal, das eine einzige Wellenlänge hat. Ein Wellenlängenselektionsfilter kann vor einem Signalempfänger zum Vermeiden oder Verringern einer Interferenz zwischen unterschiedlichen Transmittern und Signalempfängern angeordnet sein. Gerade wenn mehrere Transmitter und Empfänger beteiligt sind, kann auch eine einzelne Lichtwellenlänge durch Einbindung eines Kodes in jedes Signal zur leiterlosen Signalübertragung verwendet werden. In diesem Fall kann nur ein Ziel- oder bestimmungsgemäßer Empfänger den Kode erkennen und auf ein Signal reagieren.
2 zeigt eine IPCS-Konfiguration, in der die Signalübertragung durch Lichtleiter erfolgt, die in ein Substrat, das aus einem Material wie z. B. Plastik gefertigt ist, eingeformt sind. Diese isolierten Lichtkanäle können auch eingebettete Lichtleiter sein. In dieser Konfiguration kann eine einzelne Wellenlänge des Lichts für die gesamte Kommunikation genutzt werden, solange sich der Lichtweg mit keinem anderen kreuzt oder überlagert. Diese Konfiguration profitiert von einer kompakten Konstruktion durch Integration der Komponenten.
3 zeigt eine IPCS-Konfiguration, die den Gebrauch eines gemeinsamen LCC (oder eines gemeinsamen Lichtleiters oder Hohlleiters) zur Kommunikation zwischen mehreren Empfängern/Nebengeräten oder diskret zwischen einer Signalquelle und einem Signalempfänger ermöglicht. Die optischen Signale können sich auch innerhalb eines Mediums, das aus einem Material wie z. B. Plastik gefertigt ist, ausbreiten. In der gezeigten Konfiguration teilen sich mehrere Quellen und Empfänger denselben Lichtkanal und tauschen Informationen über dasselbe Netzwerk aus. Diese Konfiguration bietet den Vorteil von Mehrfachausnutzung und Datenaustausch zwischen einigen oder allen Quellen ohne die Notwendigkeit zugeordneter Ressourcen. Eine einzelne Steuerung kann mit mehreren Empfängern zur selben Zeit kommunizieren. Außerdem hängt die Geschwindigkeit dieser Systemkonfiguration nicht vom langsamsten Knotenpunkt ab, weil mehrere Aufgaben zur selben Zeit durchgeführt werden können.
Die 4-5 repräsentieren ein IPCS-System, in dem das Lichtsignal in einem geformten Hohlleiter wandert. Die 4-5 zeigen eine IPCS-Konfiguration, die die Kommunikation durch eine LCC-Platte oder -Tafel ermöglicht. In diesen Konfigurationen können mehrere Digital- und Analogsignale über denselben Hohlleiter oder Lichtkanal ohne Interferenz übertragen werden. Damit können optische Signale so durch das System gelenkt werden, dass sie sich nicht überlagern, wenn sie einen Signalempfänger erreichen. Mehrere Digitalsignale können gleichzeitig aufgrund verschiedener Übertragungsprotokolle gesendet werden. Digitalsignale können an der Quelle oder dem Empfänger kodiert oder dekodiert werden. Das optische Signal kann sich auch innerhalb eines Plastikmediums ausbreiten. Dieses Medium kann in Abhängigkeit der Erfordernisse beliebig geformt und kann oder kann nicht in bestehende Komponenten oder Teile des Systems integriert sein. In dieser Konfiguration kann das IPCS so konfiguriert sein, dass ein Transmitter für den Zündfunken und die Kraftstoffeinspritzung denselben Lichtkanal nutzen kann.
6 stellt eine andere Konfiguration eines LCC-basierten IPCS dar. Ein Richtungsteiler lenkt ein Lichtsignal durch ein eingesetztes Stück Plastik, Metall oder eine raue Fläche um, damit im Strahlengang des Lichtsignals vorhandene Hindernisse erforderlichenfalls durch Streuen des Lichtsignals umgangen werden.
7 stellt eine noch andere Konfiguration eines LCC-basierten IPCS dar. Das System beinhaltet Energiequellen 702, 704, ein elektronisches System 750 und eine LCC-Tafel 706. Das elektronische System 750 kann ein IPCS oder anderes elektronisches System sein. Das elektronische System 750 besitzt vorzugsweise eine Basis 728 und eine Abdeckung 730. Das elektronische System 750 kann Energiequellen 702, 704, eine LCC-Tafel 706 und Sensoren bzw. Kollektoren 708, 710 umfassen. Die LCC-Tafel 706 ist vorzugsweise quer angeordnet und kann mit der Basis 728 verbunden sein. Die Energiequellen 702, 704 und die Sensoren bzw. Kollektoren 708, 710 können durch Drähte 720, 722, 724, 725 mit Steckverbindungen 726 verbunden sein, die vorzugsweise mit anderen Komponenten verbunden sind. Die Signalquellen 702, 704 senden vorzugsweise die Signale als Reaktion auf ein Eingangssignal von den Steckverbindungen 726. Die Sensoren bzw. Kollektoren 708, 710 senden vorzugsweise ein Ausgangssignal zu den Steckverbindungen 726 als Reaktion auf die Signale von den Energiequellen 702, 704.
In der vorliegenden Erfindung haben Signalempfänger vorzugsweise mindestens einen fotovoltaischen Rezeptor, der Lichtenergie in elektrische Energie wandelt. Die elektrische Energie kann dann zur Speisung der Signalempfänger genutzt werden. In einer Ausführung wird die elektrische Energie in einem Kondensator gespeichert und bei Bedarf genutzt.
Die Signalempfänger sind vorzugsweise in der Matrix eingebettet oder an ihr befestigt. In einer Ausführung der Erfindung kann ein ausgesendetes Signal oder eine ausgesendete Energie von der zentralen Energiequelle durch die Matrix über Leitmittel, wie z. B. ein Prisma, eine Linse oder einen Spiegel, zu den Signalempfängern geleitet werden.
Energiequellen, die Energien mit entsprechend unterschiedlichen Wellenlängen erzeugen, können zum Speisen unterschiedlicher Signalempfänger genutzt werden, die für bestimmte Wellenlängen empfindliche Fotorezeptoren haben. Die weitere Einengung eines Wellenlängenbereichs kann mit mindestens einem optischen Element, wie z. B. ein Bandpassfilter, erreicht werden.
Die von den Signalempfängern erhaltenen Daten können durch einen Hauptkommunikationsbus an ein elektronisches System, wie z. B. eine elektronische Steuerung, zur weiteren Datenverarbeitung gesendet werden. Die Daten können mit einem Lichtsignal, wie z. B. einem IR-Signal, übertragen werden. Ein Energieverteilungssystem kann auch in einer Instrumententafel, einem motoreigenen System oder anderen Geräten verwendet werden, die eine Energieverteilung zu den Signalempfänger erfordern.
Ein LCC, auch bekannt als Lichtkommunikationskanal, ist eine Struktur, die aus mindestens einer Art lichtübertragenden Materials gefertigt ist, dem eine beliebige, die Übertragung eines Signals in Form von Licht von einem Ort an einen anderen Ort ermöglichende Gestalt gegeben worden ist. Ein LCC wird weiter unten detaillierter beschrieben, eines seiner Kennzeichen jedoch ist, dass er als Substrat, wie z. B. ein optisches Substrat, verwendet werden kann, das in unterschiedlicher Gestalt, wie ein Rechteckstab, oder zum Beispiel als Teil oder Gesamtheit des Hauptrahmens einer Armaturentafelanzeige geformt sein kann. Er kann als Primär- oder Sekundärübertragungsmittel eines Signals, wie z. B. ein optisches Signal, das sich von mindestens einer Signalquelle zu mindestens einem Signalempfänger ausbreitet, verwendet werden. Ein LCC kann verschiedene elektronische und/oder optische Komponenten umfassen, die es ermöglichen, ein Signal, wie z. B. ein optisches Signal, zu verschiedenen elektronischen und/oder optischen Komponenten innerhalb des LCC-Substrats zu leiten, ohne auf die Verwendung herkömmlicher Signalfokussiermittel, wie z. B. Strahlteiler oder Fokussierlinse, zurückgreifen zu müssen. Ein LCC kann auch andere Formen, wie Ring, Litze, Tafel oder Band, haben.
Wie hier verwendet, bezieht sich eine LCC-Struktur auf einen LCC in Form von Litzen oder anderen Konstruktionsformen. Eine LCC-Struktur enthält ferner einen LCC, der mit mindestens einer der Baugruppen oder eines der Systeme verbunden oder zusammen mit ihnen hergestellt ist, wie z. B. ein Messfühler, eine Lichtquelle oder ein elektronisches System.
Vorzugsweise besteht die LCC-Struktur aus einem polymeren Material. Das Material, das die LCC-Struktur umfasst, kann Polybutylenterephtalat, Polyethylenterephtalat, Polypropylen, Polyethylen, Polyisobutylen, Polyacrylnitril, Poly-(Vinylclorid), Poly-(Methylmetacrylat), Silica oder Polycarbonat sein. Das polymere Material ist vorzugsweise ein lichtbrechendes Polymer.
Die LCC-Struktur besteht vorzugsweise aus mindestens einem die Übertragung von Licht verschiedener Wellenlängen ermöglichenden Material. Folglich kann die LCC-Struktur zum Beispiel aus einem ersten Material bestehen, das für eine erste Frequenz der Signale durchlässig oder durchscheinend ist, und einem zweiten Material, das für eine zweite Frequenz der Signale durchlässig oder durchscheinend ist.
Die LCC-Struktur kann unterschiedliche Konfigurationen haben. Damit kann die LCC-Struktur flach, gekrümmt, wellig oder asymmetrisch sein. Die LCC-Struktur kann auch verschiedene Abmessungen, einschließlich ungleichmäßiger Dicke, Durchmesser, Breite und Länge, haben. Der LCC kann aus formbarem Material gefertigt sein, so dass er gegossen und dann in einer gewünschten Gestalt ausgehärtet werden kann. Die LCC-Struktur kann Teile oder Flächen haben, die auf der Oberfläche einer Leiterplatte angeschlossen, geformt oder gepresst sind. Der LCC-Struktur kann an Strukturen, wie z. B. Leiterplatten, flexible Substrate, Flachdraht und MID-(im Gerät geformte) Schaltkreise, angeschlossen oder in solche Strukturen integriert sein.
Die gesamte LCC-Struktur kann mit einem reflektierenden Material beschichtet sein. Vorzugsweise minimieren die Beschichtungen den Energieverlust durch Absenkung der Intensität des optischen Signals, das aus dem LCC übertragen wird.
Die LCC-Struktur kann eine reflektierende Beschichtung auf mindestens einer seiner Flächen haben. In einer Ausführung der Erfindung bedeckt die reflektierende Beschichtung die gesamte Fläche oder so gut wie die gesamte Fläche der LCC-Struktur, außer den Teilen der Fläche, mit denen die Signalquelle und die Signalempfänger betriebsfähig an den LCC angeschlossen sind. Die reflektierende Beschichtung kann genutzt werden, um zum Beispiel nur die Fläche des LCC zu bedecken, die ein wesentliches Volumen des LCC umschließt, durch das das Signal von der Signalquelle zu den Signalempfängern übertragen wird.
Die reflektierende Beschichtung kann aus einem beliebigen Material bestehen, das die durch die Matrix übertragene Energie reflektiert. Die reflektierende Beschichtung kann auch aus mindestens einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen, die solche Metalle wie Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold enthält.
Die Signalquelle kann eine Lichtquelle sein. Ein Beispiel für eine Vorzugslichtquelle ist eine Infrarotlichtquelle. Die Signale können jedoch eine beliebige elektromagnetische Frequenz haben, die zur Übertragung durch die Matrix und zur Kommunikation zwischen der Signalquelle und den Signalempfängern geeignet ist. Das übertragene Signal kann eine Kombination elektromagnetischer Frequenzen sein. Die Signalquelle beinhaltet, aber nicht darauf beschränkt, eine LED, einen Laser oder eine HF-Quelle. Der Laser kann IR-, sichtbares oder ultraviolettes Licht aussenden. Wie hier verwendet, beinhalten Signalquellen Transmitter und Sender-Empfänger.
Ein Signal kann innerhalb der Matrix in irgendeine Richtung oder in verschiedene Richtungen geleitet werden, wenn nicht zum Beispiel die Signalquelle oder eine andere Komponente das Signal blockiert. Die Signale können sich sequenziell oder simultan in derselben Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten. Die Signalempfänger können sich an jedem geeigneten Ort auf der Oberfläche der Matrix befinden, an dem die Signalempfänger ein Signal von mindestens einer Signalquelle empfangen können. Mehrere Signalempfänger können Signale einer einzelnen Signalquelle empfangen.
Die Signalquelle ist vorzugsweise ein Gerät zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlen. Jede Signalquelle ist vorzugsweise ein Lichterzeugungsgerät, wie z. B. ein Laser oder eine Leuchtdiode (LED). Alternativ ist jede Signalquelle ein Hochfrequenz-(HF-)Generator, wie z. B. ein HF-Transmitter. Die erste Signalquelle kann zum Beispiel ein Gerät zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlen, wie z. B. eine LED oder ein Laser, sein, und die zweite Energiequelle kann ein HF-Transmitter sein.
Eine Signalquelle und mindestens ein Signalempfänger können mit einer Komponente, wie z. B. ein HF-Sender-Empfänger, integriert sein, die ein Signal zu einem vorgegebenen Zeitpunkt senden und ein zweites Signal zu einem anderen Zeitpunkt empfangen können. Das erste und zweite Signal können dieselben oder unterschiedliche Frequenzen haben. Der Signalempfänger kann sowohl einen Messfühler als auch eine weitere Komponente, wie einen Kondensator, enthalten, in dem die gesammelte Energie gespeichert werden kann.
Signale, wie z. B. optische Signale von optoelektronischen Transmittern, können leiterlos geleitet oder transportiert werden, wenn es keine Hindernisse auf ihrem Weg gibt. Die Transmitter erzeugen vorzugsweise eine einzige Wellenlänge eines Lichtsignals. In einer Aus führung der Erfindung ist ein Wellenlängenselektionsfilter vor dem Signalempfänger so angeordnet, dass geringe oder keine Interferenz zwischen unterschiedlichen Transmittern und Signalempfängern auftritt.
Wie hier verwendet, bezieht sich „Signalempfänger" auf ein Gerät, das ein Signal von einer bestimmten Quelle empfängt. Das von einem Signalempfänger empfangene Signal kann ein Lichtsignal sein. Damit kann ein Signalempfänger mindestens eine Komponente, wie einen Fotodetektor oder sowohl einen Fotodetektor als auch einen Kondensator, enthalten. Insbesondere mindestens einer der Signalempfänger kann ein Empfangs- oder Sammelgerät für elektromagnetische Strahlen enthalten, wie z. B. eine Fotodiode oder ein HF-Sensor. Die Signalempfänger beinhalten, aber nicht darauf beschränkt, Fotodioden, Mikrokanalplatten, Fotomultiplierröhrchen oder eine Kombination von Signalempfängern. Die Signalempfänger können mindestens ein Signal durch den LCC empfangen oder sammeln. In einer Ausführung der Erfindung geben die Signalempfänger ein Ausgangssignal als Reaktion auf ein Signal, das sich durch den LCC ausbreitet, an ein elektronisches System. Die Signalempfänger haben vorzugsweise mindestens ein frequenzspezifisches Filter, um eine Interferenz von Signalen mit bestimmten Frequenzen oder Frequenzbereichen zu verringern oder zu beseitigen.

Claims

Integriertes Steuerungssystem, bestehend aus: • einem integrierten Schaltkreis, der mindestens eine Komponente eines Verbrennungsmotors steuert; • einer ersten Lichtquelle, die bei Auslösung durch einen integrierten Schaltkreis ein erstes Lichtsignal erzeugt; • einem LCC, durch den sich das erste Lichtsignal von der ersten Lichtquelle ausbreitet, wobei ein Signal, das die Komponente eines Verbrennungsmotors ansteuert, aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus dem ersten Lichtsignal und einem nach dem ersten Lichtsignal erzeugten Signal besteht.
Integriertes Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Schaltkreis ein optoelektronischer Chip ist.
Integriertes Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine geformte Abdeckung vorgesehen ist, die als Signalmedium verwendet wird.
Integriertes Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Lichtsignal durch einen LCC entlang einer Kante des Substrats ausbreitet.
Integriertes Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Lichtsignal an einer Stelle auf einer Fläche des LCC ausbreitet, wo physische Kratzer oder Vertiefungen angeordnet sind, die dem Lichtsignal das Verlassen des LCC und das Erreichen eines Signalempfängers ermöglichen.
Integriertes Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein kodiertes Lichtsignal zur Kommunikation zwischen mindestens einer Signalquelle und mindestens einem Signalempfänger verwendet wird.
Integriertes Steuerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kodierte Lichtsignal ein Lichtsignal mit einer einzelnen Wellenlänge umfasst.
Integriertes Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation zwischen einer Signalquelle und einer Vielzahl von Signalempfängern durch einen gemeinsamen LCC erfolgt.
Integriertes Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat auch als ein Signalträger fungiert.
Integriertes Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzelne Signalquelle gleichzeitig mit einer Vielzahl von Signalempfängern kommuniziert.