CN110062541B - 用于无人驾驶载具的控制箱和系统模块电路板 - Google Patents

用于无人驾驶载具的控制箱和系统模块电路板 Download PDF

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Abstract

一种控制箱包含限定了内部的壳体、设置在该内部内的电路板、以及延伸自壳体的输入/输出连接器。该控制箱还包含热沉，其可移除地连接到壳体，使得电路板定位在壳体和热沉之间。电路板与热沉接触。

Description

用于无人驾驶载具的控制箱和系统模块电路板
技术领域
本公开通常涉及用于无人驾驶载具利用的改进的控制箱和系统模块电路板(system-on-module circuit board)。
背景技术
无人驾驶航空载具(UAV)是一种没有机载飞行员的空中载具(airbornevehicle)。通常，UAV由飞行员、由机载控制系统、或由远程飞行员和机载控制系统的组合远程控制。大多数无人驾驶航空载具包含控制系统以控制载具操作。通常，用于UAV的控制系统包含一个或多个载具控制系统，包含机载导航系统，比如惯性导航系统和卫星导航系统。无人驾驶航空载具可使用惯性导航传感器比如加速度计和陀螺仪，用于飞行定位和操纵，以及使用基于卫星的导航用于常规定位和寻路。大多数控制系统额外包含一个或多个任务控制系统，用于执行一个或多个任务控制功能，比如捕获图像或传送有效载荷。通常，为每个载具控制系统和每个任务控制系统提供单独的硬件部件，载于UAV上。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在随后的描述中阐述，或可从描述中显而易见，或可通过实践本发明来学习。
根据一个实施例，提供了一种限定了侧向方向、纵向方向和横向方向的系统模块(“SOM”)电路板。SOM电路板包含主体，其具有第一面表面、相对的第二面表面、第一侧表面、相对的第二侧表面、第一端部表面和相对的第二端部表面。第一和第二侧表面沿纵向方向具有最大长度，其大于第一和第二端部表面沿侧向方向的最大长度。SOM电路板还包含多个计算部件，多个计算部件中的每个安装在第一面表面或第二面表面中的一个上。SOM电路板还包含安装在第二面表面上的输入/输出连接器。SOM电路板还包含多个安装孔，其沿横向方向延伸穿过第一面表面和第二面表面且在它们之间。多个安装孔包含紧邻第一侧表面沿纵向方向间隔开的第一安装孔阵列、紧邻第二侧表面沿纵向方向间隔开的第二安装孔阵列、以及沿侧向方向设置在第一阵列与第二阵列之间的第三安装孔。
根据另一个实施例，提供了一种限定了侧向方向、纵向方向和横向方向的系统模块(“SOM”)电路板。SOM电路板包含主体，其具有第一面表面、相对的第二面表面、第一侧表面、相对的第二侧表面、第一端部表面和相对的第二端部表面。第一和第二侧表面沿纵向方向具有最大长度，其大于第一和第二端部表面沿侧向方向的最大长度。SOM电路板还包含多个计算部件，多个计算部件中的每个安装在第一面表面或第二面表面中的一个上。SOM电路板还包含紧邻第一侧表面安装在第二面表面上的一个或多个输入/输出连接器，其中，SOM电路板的输入/输出连接器仅相对于第二侧表面设置成紧邻第一侧表面。SOM电路板还包含多个安装孔，其沿横向方向延伸穿过第一面表面和第二面表面且在它们之间。
根据另一个实施例，提供了一种限定了侧向方向、纵向方向和横向方向的控制箱。控制箱包含限定了内部的壳体、设置在该内部内的电路板、以及延伸自壳体的输入/输出连接器。控制箱还包含可移除地连接到壳体的热沉(heat sink，有时也称为散热片或散热器)，使得电路板定位在壳体和热沉之间。电路板与热沉接触。
根据另一个实施例，提供了一种限定了侧向方向、纵向方向和横向方向的控制箱。控制箱包含限定了内部的壳体，壳体包含盖和加固件，加固件可移除地连接到壳体。控制箱还包含设置在内部内的电路板，其中，电路板包含多个计算部件和设置在计算部件中的一个或多个上的热界面材料。控制箱还包含延伸自壳体的输入/输出连接器。控制箱还包含可移除地连接到加固件的热沉，使得电路板定位在加固件和热沉之间。热界面材料与热沉接触。
根据另一个实施例，提供了一种限定了侧向方向、纵向方向和横向方向的控制箱。控制箱包含限定了内部的壳体，壳体包含盖和加固件，加固件与盖可移除地连接接触，加固件包含外框架和至少一个横构件。控制箱还包含与加固件可移除地连接接触的热沉。控制箱还包含设置在内部内的第一电路板，该第一电路板定位在加固件和热沉之间，且包含设置在内部内的第二电路板，该第二电路板定位在盖和加固件之间。盖、加固件和热沉沿横向方向堆叠。
根据另一个实施例，提供了一种限定了侧向方向、纵向方向和横向方向的控制箱。控制箱包含限定了内部的壳体，壳体包含盖和加固件，加固件与盖可移除地连接接触，加固件包含外框架、至少一个横构件和多个指状物。控制箱还包含与加固件可移除地连接接触的热沉。控制箱还包含设置在该内部内的第一电路板，该第一电路板定位在加固件和热沉之间并与它们接触，且包含设置在该内部内的第二电路板，该第二电路板定位在盖和加固件之间。盖、加固件和热沉沿横向方向堆叠。
参照随后的描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。包含在本说明书中并构成其一部分的附图说明了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
实施方案1. 一种限定了侧向方向、纵向方向和横向方向的控制箱，所述控制箱包括：
壳体，其限定了内部；
电路板，其设置在所述内部内；
输入/输出连接器，其延伸自所述壳体；以及
热沉，其可移除地连接到所述壳体，使得所述电路板定位在所述壳体和所述热沉之间，
其中，所述电路板与所述热沉接触。
实施方案2. 根据实施方案1所述的控制箱，其特征在于，所述电路板是系统模块(“SOM”)电路板。
实施方案3. 根据实施方案1所述的控制箱，其特征在于，所述电路板是第一电路板，并且还包括设置在所述内部内的第二电路板，所述第二电路板包括所述输入/输出连接器。
实施方案4. 根据实施方案3所述的控制箱，其特征在于，所述第二电路板还包括延伸自所述壳体的多个传感器连接器。
实施方案5. 根据实施方案1所述的控制箱，其特征在于，所述电路板包括多个计算部件和设置在所述计算部件中的一个或多个上的热界面材料，并且其中，所述热界面材料与所述热沉接触。
实施方案6. 根据实施方案1所述的控制箱，其特征在于，所述热沉包括底座和沿所述横向方向延伸穿过所述底座的多个透孔。
实施方案7. 根据实施方案6所述的控制箱，其特征在于，所述热沉还包括延伸自所述底座的多个散热片。
实施方案8. 根据实施方案6所述的控制箱，其特征在于，所述热沉的透孔按模式布置，其中，所述壳体包括沿所述横向方向延伸穿过其且按模式布置的多个透孔，并且其中，所述热沉和壳体中的透孔的模式是一致的。
实施方案9. 根据实施方案1所述的控制箱，其特征在于，所述热沉由金属形成。
实施方案10. 根据实施方案1所述的控制箱，其特征在于，所述热沉包括底座和限定在所述底座中的凹槽，其中，调整片延伸自所述壳体，并且其中，当所述热沉连接到所述壳体时，所述调整片延伸到所述凹槽中。
实施方案11. 根据实施方案1所述的控制箱，其特征在于，所述壳体包括盖和加固件，所述加固件可移除地连接到所述壳体，所述热沉可移除地连接到所述加固件。
实施方案12. 一种限定了侧向方向、纵向方向和横向方向的控制箱，所述控制箱包括：
壳体，其限定了内部，所述壳体包括盖和加固件，所述加固件可移除地连接到所述壳体；
电路板，其设置在所述内部内，其中，所述电路板包括多个计算部件和设置在所述计算部件中的一个或多个上的热界面材料；
输入/输出连接器，其延伸自所述壳体；以及
热沉，其可移除地连接到所述加固件，使得所述电路板定位在所述加固件和所述热沉之间，
其中，所述热界面材料与所述热沉接触。
实施方案13. 根据实施方案12所述的控制箱，其特征在于，所述电路板是系统模块(“SOM”)电路板。
实施方案14. 根据实施方案12所述的控制箱，其特征在于，所述电路板是第一电路板，并且还包括设置在所述内部内的第二电路板，所述第二电路板包括所述输入/输出连接器。
实施方案15. 根据实施方案14所述的控制箱，其特征在于，所述第二电路板还包括延伸自所述壳体的多个传感器连接器。
实施方案16. 根据实施方案12所述的控制箱，其特征在于，所述热沉包括底座和沿所述横向方向延伸穿过所述底座的多个透孔。
实施方案17. 根据实施方案16所述的控制箱，其特征在于，所述热沉还包括延伸自所述底座的多个散热片。
实施方案18. 根据实施方案16所述的控制箱，其特征在于，所述热沉的透孔按模式布置，其中，所述壳体包括沿所述横向方向延伸穿过其且按模式布置的多个透孔，并且其中，所述热沉和壳体中的所述透孔的模式是一致的。
实施方案19. 根据实施方案12所述的控制箱，其特征在于，所述热沉由金属形成。
实施方案20. 根据实施方案12所述的控制箱，其特征在于，所述热沉包括底座和限定在所述底座中的凹槽，其中，调整片延伸自所述壳体，并且其中，当所述热沉连接到所述壳体时，所述调整片延伸到所述凹槽中。
附图说明
在说明书阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容，包含其最佳模式，其参照附图，其中：
图1是根据本公开的实施例描绘了无人驾驶航空载具(UAV)的示例的框图；
图2是描绘了包含背板和卡架构的用于UAV的典型控制系统的示例的框图；
图3是根据本公开的实施例描绘了具有机载控制系统的UAV的示例的框图；
图4是根据本公开的实施例描绘了第一电路板的框图，其包括用于机载控制系统的控制箱的控制模块；
图5是根据本公开的实施例的控制箱的透视视图；
图6是示出了根据本公开的实施例的控制箱的内置部件的透视视图；
图7是根据本公开的实施例的控制箱的分解透视视图；
图8是根据本公开的其它实施例的控制箱的透视视图；
图9是根据本公开的其它实施例示出了控制箱的内置部件的透视视图；
图10是根据本公开的其它实施例的控制箱的分解透视视图；
图11是根据本公开的另外的实施例的控制箱的透视视图；
图12是根据本公开的另外的实施例的控制箱的分解透视视图；
图13是根据本公开的再另外的实施例的控制箱的透视视图；
图14是根据本公开的再另外的实施例的控制箱的分解透视视图；
图15是根据本公开的实施例的控制箱的剖视视图；
图16是根据本公开的其它实施例的控制箱的剖视视图；
图17是根据本公开的实施例的系统模块电路板的透视顶视图；以及
图18是根据本公开的实施例的系统模块电路板的透视底视图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，在图中说明了其一个或多个示例。每个示例借助于解释本发明、而非限制本发明来提供。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，可在本发明中进行各种修改和变化，而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的部分，所说明或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生再另外的实施例。因此，旨在本发明覆盖来到所附权利要求及其等价物的范围内的这样的修改和变化。
图1是示例无人驾驶航空载具(UAV) UAV 10的图解视图。UAV 10是能在没有机载飞行员的情况下飞行的载具。例如，且没有限制地，UAV 10可以是固定翼飞机、倾转旋翼飞机、直升机、比如四轴飞行器的多旋翼无人飞机、飞艇、飞船或其它飞机。
UAV 10包含多个载具装置，其包含至少一个推进和移动(PM)装置14。PM装置14产生受控力和/或维持或改变UAV 10的位置、定向或方位。PM装置14可以是推力装置或控制表面。推力装置是向UAV 10提供推进或推力的装置。例如，且没有限制地，推力装置可以是电机驱动的螺旋桨、喷气发动机或其它推进源。控制表面是可控的表面或其它由于经过控制表面上的气流的偏转而提供力的装置。例如，且没有限制地，控制表面可以是升降机、方向舵、副翼、扰流板、襟翼、缝翼、气闸或配平装置。各种致动器、伺服电机和其它装置可用以操纵控制表面。PM装置14还可以是配置成改变螺旋桨或转子叶片的桨距角的机构，或配置为改变转子叶片的倾斜角的机构。
UAV 10可由本文所描述的系统控制，其包含，没有限制地，包含控制箱100的机载控制系统、地面控制站(图1中未示出)和至少一个PM装置14。UAV 10可受控于，例如且没有限制地，由UAV 10从地面控制站接收的实时命令、由UAV 10从地面控制站接收的一组预编程指令、存储在机载控制系统中的一组指令和/或编程、或这些控制的组合。
实时命令可控制至少一个PM装置14。例如且没有限制地，实时命令包含当由机载控制系统实行时，引起节流阀调节、襟翼调节、副翼调节、方向舵调节或其它控制表面或推力装置调节的指令。
在一些实施例中，实时命令还可控制UAV 10的额外的载具装置，比如一个或多个次级装置12。次级装置12是电或电子装置，其配置成执行一个或多个次级功能以指引UAV的推进或移动。次级装置可与UAV的推进或移动有关，但通常提供一个或多个载具或任务功能，其独立于直接控制载具推进或运动控制。例如，次级装置可包含任务有关的装置，比如用于对象检测和跟踪的摄像机或其它传感器。次级装置12的其它示例可包含传感器，比如激光雷达/声呐/雷达传感器、GPS传感器、通信装置、导航装置和各种有效载荷传送系统。例如且没有限制地，实时命令包含当由机载控制系统实行时，引起摄像机捕获图像、通信系统传输数据、或处理部件编程或配置一个或多个处理元件的指令。
通过示例且没有限制地描绘了UAV 10。虽然本公开的大部分关于无人驾驶航空载具描述，应当认识到，公开技术的实施例可与任何无人驾驶载具(UV)一起使用，比如无人驾驶航海载具和无人驾驶地面载具。例如，所公开的控制系统可与无人驾驶船舶、无人驾驶潜艇、无人驾驶汽车、无人驾驶卡车或任何其它能够移动的无人驾驶载具一起使用。
图2是描绘了用于UAV的典型控制系统50的示例的框图。在此示例中，使用具有多个卡槽71,72,73,74,75的背板60形成控制系统。每个卡槽配置成接收满足了预限定的一组机械和电气标准的卡。每个卡包含一个或多个电路板，通常包含一个或多个集成电路，其配置成执行具体的载具或任务控制功能。卡槽为卡提供结构支持，以及卡和底层总线之间的电连接。特定的示例描述成具有安置在第一卡槽71中的CPU卡61、安置在第二卡槽72中的协处理器卡62、和分别安置在卡槽73,74,75中的附加卡63,64,65。通过示例，CPU卡61可包含电路板，其具有处理器、PCI电路系统、开关电路系统和配置成将卡61结构地且电气地连接到卡槽71的电连接器。相似地，协处理器卡62可包含处理器、PCI电路系统、开关电路系统和连接器。
附加卡63,64,65可包含配置成执行一个或多个载具和/或任务功能的任何数量和类型的卡。附加卡的示例包含输入/输出(I/O)卡、网卡、领航和导航功能卡、传感器接口卡(例如，摄像机、雷达等)、有效载荷传送系统控制卡、图形处理单元(GPU)卡、和用于特定类型的载具和/或任务功能的任何其它的卡。
如图2中那样的典型的背板架构包含开关66，其允许每个卡与其它任何槽中的卡通信。存在包含各种标准的许多示例以限定不同类型的背板架构。例如，虽然开关66示出为与卡槽71,72,73,74,75分开，但一些架构可将中央开关安放在背板的特定的槽中。在每种情况中，节点装置可经由开关与彼此通信。尽管在图2中描绘了五个卡槽，但背板可包含任何数量的卡槽。
一种利用了如图2的那个的背板架构的用于UAV的机载控制系统可有效地提供一些功能控制。此外，这种架构可通过硬件改变提供一些可配置性。然而，传统的背板架构在UAV的实施中可具有若干缺点。例如，通过组合的电气和机械连接耦合到多个卡的背板的结构性能可能不是很适合于一些UAV的高应力环境。由于振动、温度和其它因素，对于背板中的一个或多个卡可能发生机械和/或电气故障。此外，这种架构提供有限的处理容量，同时需要相当大的空间和重量。每个卡通常包含其自己的电路板，其包含连接器、开关电路系统、通信电路系统等。因为每个电路板需要其自己的用于这些常见功能的电路系统，所以背板架构可提供相对高的重量和空间要求。另外，这些类型的系统的计算能力和容量通常由多重卡方法(multiple card approach)限制。卡之间和各种处理元件之间的通信可导致计算能力降低。
图3是根据公开技术的实施例描绘了包含控制系统80的无人驾驶航空载具(UAV)10的框图。控制系统80包含控制箱100，其提供载具和任务功能的集中控制。控制箱包含限定了内部112的壳体110。第一电路板120和第二电路板122设置在壳体110的内部内，并且输入/输出(“I/O”)连接器126延伸穿过壳体110(比如从第二电路板122)，如下文所述。控制箱100包含热沉118，其提供以散发来自控制箱100的电部件的热量。在示例实施例中，热沉118可形成壳体110的至少一部分，如下文所述。控制系统80可包含额外的部件，比如额外的控制单元或执行载具或任务控制过程的、其它元件。
在一些实施方式中，第一电路板120包括用于控制UAV 10的载具和任务管理功能的控制模块，并且第二电路板122包括载体模块，用于提供UAV的控制单元和各种PM装置及次级装置之间的通信接口。
在一些示例中，第一电路板包含多重异构处理系统，每个具有可重新配置的处理架构，以提供各种载具和任务功能的管理。具有可重新配置的功能性的多重异构处理系统适合于由无人驾驶空中载具执行的多样的功能，以及对于这些载具通常所需的高水平认证。
在示例实施例中，第二电路板122是载体模块，其在第一电路板120和UAV 10的各种PM装置14和次级装置12之间提供接口。例如，图3描绘了一组PM装置，其包含推力装置30、控制表面32和定位系统34。另外，图3描绘了一组次级装置，其包含图像传感器20、雷达传感器22、激光雷达传感器24、声纳传感器26、GPS传感器28、有效载荷传送系统36和通信系统38。第二电路板122可包含I/O连接器，其连接到第一电路板的相应的I/O连接器，以及延伸自壳体的I/O连接器。此外，第二电路板可包含多个延伸自壳体的传感器连接器。第二电路板可提供通信或输入/输出(I/O)接口，其包含用于发送和接收数据的相关联的电子电路系统。更具体地说，通信接口可用于在第二电路板的任何各种集成电路之间、以及在第二电路板和其它电路板之间，发送和接收数据。例如，项目接口可包含I/O连接器126、I/O连接器238、和/或I/O连接器124。相似地，接口电路中的任一个处的通信接口可用于与外侧部件通信，比如另一个航空载具、传感器、其它载具装置和/或地面控制。通信接口可以是合适的有线或无线通信接口的任何组合。
在一些示例中，控制箱100可包含额外的部件。例如，在另一个实施例中，可在控制箱100内提供比如夹层卡的第三电路板。在一些示例中，第三电路板可包含一个或多个非易失性存储器阵列。例如，在夹层卡上可提供固态硬盘(SSD)作为一个或多个集成电路。此外，控制箱100可包含额外的电路板以形成控制模块，以及额外的电路板以形成额外的载体模块。
图4是根据公开技术的示例实施例描述了第一电路板120的框图。在图4中，第一电路板120配置成用于无人驾驶航空载具(UAV)的控制模块(如，控制板)。在示例实施例中，第一电路板120是系统模块(SOM)卡200。第一电路板120包含第一处理系统230、第二处理系统232、存储块234和I/O连接器238。
第一和第二处理系统可包含或相关联于任何合适数量的单独的微处理器、电源、储存装置、接口和其它标准部件。处理系统可包含或协同任何数量的软件程序(例如，载具和任务控制过程)或指令，其设计成实现对于航空载具10的操作所必要的各种方法、过程任务、运算和控制/显示功能。存储块234可包含任何合适形式的存储器，比如，没有限制地，SDRAM，其配置为支持相应的处理系统。例如，第一存储块234可配置成支持第一处理系统230，并且第二存储块234可配置成支持第二处理系统232。可使用任何数量和类型的存储块234。通过示例，可提供四个存储块，每个包括单独的集成电路，以支持第一处理系统230，并且可提供两个存储块以支持第二处理系统232。I/O连接器238延伸自第一电路板122的第一表面，以提供与第二电路板122的有效的通信链。
在公开技术的示例实施例中，第一处理系统230和第二处理系统232形成异构且可重新配置的计算架构，合适于UAV 10的多样且稳定的需求。第一处理系统230包含形成第一处理平台的一个或多个处理单元322，和形成第二处理平台的一个或多个可编程逻辑电路324。通过示例，一个或多个处理单元322可包含中央处理单元，并且可编程逻辑电路324可包含易失性可编程逻辑阵列，比如基于RAM的现场可编程门阵列(FPGA)。任何数量和类型的处理单元可用于处理单元322。可在第一集成电路内提供多个处理单元322和可编程逻辑电路324，在一些实施例中通常称为处理电路。
第二处理系统232包含形成第三处理平台的一个或多个处理单元322，和形成第四处理平台的一个或多个可编程逻辑电路324。通过示例，一个或多个处理单元322可包含协处理单元，并且可编程逻辑电路324可包含基于闪存的FPGA。任何数量和类型的处理单元可用于处理单元322。可在第二集成电路内提供一个或多个处理单元322和可编程逻辑电路324，在一些实施例中也称为处理电路。
通过在每个处理系统中提供不同的处理单元类型以及不同的可编程逻辑电路类型，第一电路板120提供了异构计算系统，其独特地适合于高应力应用UAV的处理、可靠性和操作要求。例如，基于RAM和基于闪存的FPGA技术相组合，以影响两者的力量用于UAV应用。异构处理单元322和异构可编程逻辑电路324的独特能力支持硬件和软件分区操作环境二者。载具和任务管理功能可根据关键性和性能需求分配给不同的分区。这提供了合适于关键操作的控制和监控架构。例如，提供了用于控制不可逆的关键功能的开/关或红/绿架构。通过另外的示例，现场可编程门阵列中的一个或多个可配置成提供用于机载传感器处理的组构加速器(fabric accelerator)。
现在参照图5至18，通常提供了改进的控制箱100及其部件的另外的实施例。如讨论的，根据本公开的控制箱100通常容纳各种电气/计算部件，其控制无人驾驶航空载具(“UAV”)的操作，且控制箱100因此通常安装在UAV上。由于其模块化设计，根据本公开的控制箱100是特别有利的，其中，控制箱100的各种部件，比如如本文所讨论的热沉、盖和/或加固件，每个可与用于每个该部件的各种不同的设计互换。如本文所讨论的某些特征有助于促进这种模块化。此外，如本文所讨论的，该控制箱100的各种特征，比如热沉、加固件和系统模块(“SOM”)电路板包含有利的热传递特征，一般用于从SOM电路板和从控制箱100传递热。本文将讨论其它有利特征。
如所示，根据本公开的控制箱100可限定侧向方向102、纵向方向104和横向方向106。该方向102,104,106可一起限定用于控制箱100的正交坐标系统。
控制箱100可包含限定了内部112的壳体110。在示例性实施例中的壳体110包含盖114和一个或多个加固件116。在一些实施例中，虽然在备选的实施例中可利用多于一个加固件116，但在控制箱100中仅利用单个加固件116。在其中壳体110包含盖114和一个或多个加固件116的实施例中，至少一个该加固件116与盖114可移除地连接接触，并且加固件116沿横向方向106堆叠于彼此和壳体110上。控制箱100还可包含热沉118。热沉118可以可移除地连接到壳体110，比如与多个加固件116中的一个接触。热沉118还可沿横向方向106堆叠在加固件116和壳体110上。
一个或多个电路板可设置在内部112内。例如，第一电路板120可设置在内部112中。在示例性实施例中，第一电路板120是如本文所讨论的系统模块(“SOM”)电路板200。该第一电路板120可在示例性实施例中定位在壳体110和热沉118之间，比如在加固件116和热沉118之间。而且，第一电路板120可与热沉118接触，使得来自第一电路板120的热由第一电路板120通过热沉118散发。此外，第一电路板120可与加固件116接触。
例如，第一电路板120可包含一个或多个计算部件。该计算部件可包含第一处理系统230、第二处理系统232和/或一个或多个存储块234，其所有都在本文中详细讨论，比如在SOM电路板200的上下文中。而且，热界面材料236(在下面在SOM电路板200的上下文中详细讨论)可设置在该计算部件中的一个或多个上。在示例性实施例中，第一电路板120，比如设置在计算部件中的一个或多个上的热界面材料236，可接触热沉118和/或加固件116。
在一些实施例中，热界面材料236可与热沉118接触。特别是，设置在一个或多个计算部件(比如，如在下面在SOM电路板200的上下文中讨论的，安装在电路板120的第一面表面210上的第一处理系统230、第二处理系统232和/或一个或多个存储块234)上的热界面材料236可与热沉118接触，比如其底座130。
此外或备选地，加固件116可包含多个指状物140。指状物140通常是加固件116的平板式内表面，其接触其它部件以用于支持和传递热的目的。第一电路板120可接触该指状物140。特别是，设置在一个或多个计算部件(比如，如在下面在SOM电路板200的上下文中讨论的，安装在电路板120的第二面表面212上的一个或多个存储块234)上的热界面材料236可与指状物140接触。
在示例性实施例中，加固件116包含外框架142和一个或多个横构件(cross-momber)144。加固件116可额外包含指状物140。当第一电路板120接触加固件116时，第一电路板120可接触外框架142和/或一个或多个横构件144，并且还可接触如上讨论的指状物140。
在示例性实施例中，热沉118由金属形成。热沉118可包含底座130。在示例性实施例中，底座可与第一电路板120接触，比如如上讨论的其部件。此外，如图5至7中说明的，在一些示例性实施例中，热沉118可包含在外部延伸自底座130的多个散热片(fin，有时也称为翅片)132。在这些实施例中，热沉118可经由散热片132从控制箱100提供对流热传递。在其它实施例中，如图8至14中说明的，可不提供散热片132，且热沉118可经由底座130与控制箱100安装至其的例如主体UAV中的其它部件的接触，从控制箱100提供对流热传递。在再其它的实施例中，热沉118还可包含单次使用或可逆相变材料、液体冷却材料和/或用于促进热传递的其它合适的部件。
控制箱100还可包含第二电路板122。第二电路板122可以是，例如，载体卡型电路板，其通常包含通信有关部件，比如声纳、雷达、GPS、无线电等有关部件。第二电路板可设置在内部112内。例如，在示例性实施例中，该第二电路板122可定位在盖114和加固件116之间。此外，第二电路板122可与加固件116接触。
在示例性实施例中，第二电路板122处于与第一电路板120的有效通信中。例如，第二电路板122还可包含一个或多个输入/输出连接器124，其定位在第二电路板122上，以有效地接触第一电路板120的配对的输入/输出连接器(比如SOM电路板200实施例中的连接器238)。
在一些实施例中，第二电路板122还可包含一个或多个传感器连接器125。该传感器连接器125可延伸自壳体110，比如沿如图5至10中所示的纵向方向104，或沿另一个合适的方向。这些传感器连接器125可以是用于将第二电路板122连接到合适的外置传感器或其它次级装置12(比如本文所讨论的那些)的端口，其可以，例如，安装在其上安装有控制箱100的UAV上。
控制箱100可额外包含延伸自壳体110的一个或多个输入/输出连接器126。在示例性实施例中，该连接器126中的一个或多个是第二电路板122的部件。该输入/输出连接器126可将控制箱100及其部件连接到其上安装有控制箱100的例如UAV的其它部件。在一些实施例中，如图5至10中说明的，一个或多个输入/输出连接器126沿纵向方向104延伸自壳体110，比如穿过壳体110的端部面板115。在其它实施例中，如图11至14中说明的，一个或多个输入/输出连接器126沿横向方向106延伸自壳体110，比如穿过盖114。
在一些实施例中，控制箱100还可包含夹层卡128。夹层卡128可设置在内部112内，且可处于与第二电路板122的有效通信中。例如，夹层卡128可设置在第二电路板122和盖114之间。在一些实施例中，输入/输出连接器126中的一个或多个是夹层卡128的部件。
如所示，热沉118和壳体110的部件可包含透孔。各种透孔可有利地对齐以促进控制箱100的各种部件的模块化。例如，多个透孔150可延伸穿过热沉118的底座130，比如沿横向方向106。该透孔150可按模式布置。此外，多个透孔可延伸穿过壳体110，比如沿横向方向106。该透孔可按模式布置。该透孔可，例如，包含沿横向方向106且按模式延伸穿过盖114的透孔152，和沿横向方向108且按模式延伸穿过加固件116的透孔154。在示例性实施例中，在底座130和壳体110中的透孔(比如透孔150,152和154)的模式是一致的。因此，可穿过透孔150,152,154插入紧固件以将控制箱100的该部件紧固在一起。尤其是，该一致的模式可延伸到各种不同类型的热沉118和壳体110(及其盖114和加固件116)，使得该部件的不同版本可以以模块方式与彼此交换。
当热沉118接触壳体110、比如其加固件116时，该部件可使用“榫槽(tongue-and-groove)”型特征装配在一起。该特征有利地使部件相对于彼此定向以确保适当的装配，并且还有利地充当电磁干扰(“EMI”)滤波器。例如，如图15和16中所示，凹槽160可限定在底座130中。在一些实施例中，凹槽160可以是外置凹槽，如图16中所示。备选地，凹槽160可以是内置凹槽，如图15中所示。配对的调整片(tab)162可延伸自壳体110，比如其加固件116。当热沉118连接到壳体110、比如连接到其加固件116时，调整片162可延伸到凹槽160中。
在其中利用盖114和加固件的实施例中，该部件也可使用“榫槽”型特征装配在一起。该特征有利地使部件相对于彼此定向以确保适当的装配，并且还有利地充当电磁干扰(“EMI”)滤波器。例如，如图16中所示，凹槽164可限定在加固件116中。在所示的一些实施例中，凹槽164可以是外置凹槽。备选地，凹槽164可以是内置凹槽。配对的调整片166可延伸自盖114。备选地，如图15中说明的，凹槽164可限定在盖114中，并且调整片166可限定在加固件116中。当加固件116连接到盖114时，调整片166可延伸到凹槽164中。
现在参照图17和18，根据本公开的控制箱100可包含系统模块(“SOM”)电路板200，其可以是如上讨论的第一电路板120。如所示，SOM电路板200可限定侧向方向202、纵向方向204和横向方向206。该方向202,204,206可一起限定用于SOM电路板200的正交坐标系统。当SOM电路板200安置在控制箱100中时，方向202,204,206可对应相应的方向102,104,106。
SOM电路板200可具有包含多个外表面的主体208。例如，主体208包含第一面表面210和相对的第二面表面212，其两者均通常在由侧向方向202和纵向方向204限定的平面内延伸。主体208还包含第一端部表面214和相对的第二端部表面216，其两者均通常在由侧向方向202和横向方向206限定的平面内延伸。主体208还包含第一侧表面218和相对的第二侧表面220，其两者均通常在由纵向方向204和横向方向206限定的平面内延伸。
通常，如所示，SOM电路板200与其主体208具有超矩形形状。因此，第一和第二端部表面214,216也各具有长度222，其是沿着侧向方向202的最大长度。第一和第二侧表面218,220也各具有长度224，其是沿着纵向方向204的最大长度。如所示，在示例性实施例中，最大长度224大于最大长度222。
SOM电路板200还可包含多个计算部件。每个计算部件可安装在主体208上，比如在第一面表面210或第二面表面212上。例如，计算部件可包含第一处理系统230、第二处理系统232和多个存储块234。尤其是，在示例性实施例中，第一和第二处理系统230,232和存储块234可一起集成在内聚的(cohesive)计算系统中，其中两个处理系统230,232一起操作。因此，例如，第一处理系统230可监控和备份第二处理系统232，并且第二处理系统232可监控和备份第一处理系统230。
在一些实施例中，例如，第一处理系统230可以是基于随机存取存储器(“RAM”)的处理系统。此外或备选地，在一些实施例中，第二处理系统232可以是基于闪速存储器的处理系统。此外或备选地，存储块234可以是RAM存储块。
如所示，在示例性实施例中，第一和第二处理系统230,232可安装在主体208的第一面表面210上。然而备选地，第一和第二处理系统230,232中的一个或两者可安装在主体208的第二面表面212上。此外，在一些实施例中，存储块234中的至少一个或多个可安装在第一面表面210上。此外或备选地，存储块234中的至少一个或多个可安装在第二面表面212上。
在一些实施例中，热界面材料236可设置在计算部件中的一个或多个上。如本文所讨论的，热界面材料236可促进从该计算部件到控制箱100的其它部件的热传递。例如，合适的热界面材料236可以是相对柔性的材料，其可以例如是可固化的。在示例性实施例中，该材料236可以是触变材料。在示例性实施例中，该材料236可具有3.2与4 W/m-K之间、比如3.4与3.8 W/m-K之间、比如3.6 W/m-K的热传导率。一个合适的材料是Gap Filler3500S35，其从The Bergquist Company商业可用。
在示例性实施例中，热界面材料236可设置在存储块234上，比如安装在第一面表面210上的存储块234中的一个或多个和/或安装在第二面表面212上的存储块234中的一个或多个。此外或备选地，热界面材料236可设置在第一处理系统230和/或第二处理系统232上。
一个或多个输入/输出连接器238可额外安装在主体208上。如本文所讨论的，这些连接器238可将SOM电路板200连接到控制箱100中的其它电路板，因此允许SOM电路板200和该其它电路板之间的通信。例如，连接器238可如所示地安装在第二面表面212上，或备选地可安装在第一面表面210上。在一些实施例中，连接器238可设置成紧邻第一侧表面218，并因此沿侧向方向202比第二侧表面220更靠近第一侧表面218。在这些实施例中的一些中，连接器238不可提供成紧邻第二侧表面220。此外，如所示，连接器238的纵向轴线可沿纵向方向204对齐。
如另外说明的，多个安装孔240可延伸穿过主体208。例如，这些安装孔中的一个或多个可被利用以将SOM电路板200连接到在控制箱100中的其它部件。每个安装孔240可沿横向方向206延伸穿过第一面表面210和第二面表面212且在它们之间。
安装孔240在主体内的方位可以是特别有利的。例如，安装孔240的第一阵列242可设置成紧邻第一侧表面218，并且在示例性实施例中沿着侧向方向202设置在连接器238和第一侧表面218之间。第一阵列242的安装孔240可沿纵向方向204与彼此间隔开。虽然在备选的实施例中可利用两个安装孔，但在示例性实施例中，第一阵列242可包含三个或更多个安装孔。安装孔240的第二阵列244可设置成紧邻第二侧表面220，并且在示例性实施例中可沿侧向方向202以与第一阵列244离第一侧表面218相等的离第二侧表面220的距离间隔，。第二阵列244的安装孔240可沿纵向方向204与彼此间隔开。虽然在备选的实施例中可利用两个安装孔，但在示例性实施例中第二阵列244可包含三个或更多个安装孔。第一和第二阵列既可有利地将SOM电路板200连接到控制箱100中的其它部件，又可最小化SOM电路板200关于该部件的任何相对运动。
此外，一个或多个第三安装孔246可沿侧向方向202设置在第一阵列242和第二阵列244之间。在示例性实施例中，一个或多个第三安装孔246通常可在中央定位在第一侧表面218和第二侧表面220之间，比如沿侧向方向202。第三安装孔246可这样沿侧向方向202与第一阵列242和第二阵列244相等地间隔。此外，在其中仅利用单个第三安装孔246的实施例中，第三安装孔246通常可在中央定位在第一端部表面214和第二端部表面216之间，比如沿纵向方向204。一个或多个第三安装孔246可以是特别有利的，因为一个或多个该孔246降低了在使用SOM电路板200期间的共振频率问题，并为SOM电路板200提供了改进的刚度。
在一些实施例中，可在SOM电路板200中提供多个通孔(vias)250。每个通孔可沿横向方向206延伸穿过体208，且可从第一面表面210和/或第二面表面212突出。通孔250可位于紧邻第一侧表面218和/或第二侧表面220。通孔250可在示例性实施例中由金属材料形成，比如金或铜，并且可用作热传递导管以从主体208内传递热并通常从主体208和SOM电路板200传递该热。
在一些实施例中，一个或多个金属涂层可镀在主体208上，比如在其第一面表面210和/或第二面表面212上。金属涂层可用作热传递导管以通常从主体208和SOM电路板200传递热。
例如，第一金属涂层252可镀在体208的部分上(比如在其第一面表面210和/或第二面表面212上)，限定了多个安装孔240(包含那些在第一和第二阵列242,244中的安装孔以及一个或多个第三安装孔246)。该涂层252可离散地镀在体208的该部分上，使得各种镀层不连接。虽然在备选的实施例中可利用金或其它合适的金属，但在示例性实施例中，该第一金属涂层252是铜涂层。
此外或备选地，第二金属涂层254可镀体208(比如在其第一面表面210和/或第二面表面212上)。该涂层252可位于紧邻第一和第二侧表面218,220，并可延伸到该表面218,220，比如整体沿长度224。在其中利用了第一和第二金属涂层252,254二者的实施例中，第二金属涂层254可镀于第一金属涂层252之上。虽然在备选的实施例中可利用铜或其它合适的金属，但在示例性实施例中，该第二金属涂层254是金涂层。
本书面描述使用示例来公开本发明，包含最佳模式，并且还使任何本领域技术人员能实践本发明，包含制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包含本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包含与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或如果它们包含与权利要求的字面语言无实质差别的同等结构元件，则这些其它示例旨在为权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种限定了侧向方向、纵向方向和横向方向的控制箱，所述控制箱包括：
壳体，其限定了内部，所述壳体包括盖和加固件；
电路板，其设置在所述内部内；
输入/输出连接器，其延伸自所述壳体；以及
热沉，其可移除地连接到所述壳体，使得所述电路板定位在所述壳体和所述热沉之间，
其中，所述电路板与所述热沉接触，且
其中，所述加固件包括外框架，一个或多个横构件，以及用于支持和传递热的指状物，所述指状物是加固件的平板式内表面，且其中，当所述电路板接触所述加固件时，所述电路板接触所述外框架和/或所述一个或多个横构件，并且还接触所述指状物。
2.根据权利要求1所述的控制箱，其特征在于，所述电路板是系统模块(“SOM”)电路板。
3.根据权利要求1所述的控制箱，其特征在于，所述电路板是第一电路板，并且还包括设置在所述内部内的第二电路板，所述第二电路板包括所述输入/输出连接器。
4.根据权利要求3所述的控制箱，其特征在于，所述第二电路板还包括延伸自所述壳体的多个传感器连接器。
5.根据权利要求1所述的控制箱，其特征在于，所述电路板包括多个计算部件和设置在所述计算部件中的一个或多个上的热界面材料，并且其中，所述热界面材料与所述热沉接触。
6.根据权利要求1所述的控制箱，其特征在于，所述热沉包括底座和沿所述横向方向延伸穿过所述底座的多个透孔。
7.根据权利要求6所述的控制箱，其特征在于，所述热沉还包括延伸自所述底座的多个散热片。
8.根据权利要求6所述的控制箱，其特征在于，所述热沉的透孔按模式布置，其中，所述壳体包括沿所述横向方向延伸穿过其且按模式布置的多个透孔，并且其中，所述热沉和壳体中的透孔的模式是一致的。
9.根据权利要求1所述的控制箱，其特征在于，所述热沉由金属形成。
10.根据权利要求1所述的控制箱，其特征在于，所述热沉包括底座和限定在所述底座中的凹槽，其中，调整片延伸自所述壳体，并且其中，当所述热沉连接到所述壳体时，所述调整片延伸到所述凹槽中。
11.根据权利要求1所述的控制箱，其特征在于，所述加固件可移除地连接到所述壳体，所述热沉可移除地连接到所述加固件。
12.一种限定了侧向方向、纵向方向和横向方向的控制箱，所述控制箱包括：
壳体，其限定了内部，所述壳体包括盖和加固件，所述加固件可移除地连接到所述壳体且包括外框架，一个或多个横构件，以及用于支持和传递热的指状物，所述指状物是加固件的平板式内表面；
电路板，其设置在所述内部内，其中，所述电路板包括多个计算部件和设置在所述计算部件中的一个或多个上的热界面材料；
输入/输出连接器，其延伸自所述壳体；以及
热沉，其可移除地连接到所述加固件，使得所述电路板定位在所述加固件和所述热沉之间，
其中，所述热界面材料与所述热沉接触，且其中，当所述电路板接触所述加固件时，所述电路板接触所述外框架和/或所述一个或多个横构件，并且还接触所述指状物。
13.根据权利要求12所述的控制箱，其特征在于，所述电路板是系统模块(“SOM”)电路板。
14.根据权利要求12所述的控制箱，其特征在于，所述电路板是第一电路板，并且还包括设置在所述内部内的第二电路板，所述第二电路板包括所述输入/输出连接器。
15.根据权利要求14所述的控制箱，其特征在于，所述第二电路板还包括延伸自所述壳体的多个传感器连接器。
16.根据权利要求12所述的控制箱，其特征在于，所述热沉包括底座和沿所述横向方向延伸穿过所述底座的多个透孔。
17.根据权利要求16所述的控制箱，其特征在于，所述热沉还包括延伸自所述底座的多个散热片。
18.根据权利要求16所述的控制箱，其特征在于，所述热沉的透孔按模式布置，其中，所述壳体包括沿所述横向方向延伸穿过其且按模式布置的多个透孔，并且其中，所述热沉和壳体中的所述透孔的模式是一致的。
19.根据权利要求12所述的控制箱，其特征在于，所述热沉由金属形成。
20.根据权利要求12所述的控制箱，其特征在于，所述热沉包括底座和限定在所述底座中的凹槽，其中，调整片延伸自所述壳体，并且其中，当所述热沉连接到所述壳体时，所述调整片延伸到所述凹槽中。
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