CN110062551B

CN110062551B - 用于无人驾驶运载器的控制箱和模块上系统电路板

Info

Publication number: CN110062551B
Application number: CN201910048178.6A
Authority: CN
Inventors: R.L.诺伊曼; S.A.M.拉西尼; J.埃吉曼
Original assignee: GE Aviation Systems LLC
Current assignee: GE Aviation Systems LLC
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: EP3515161A1; CA3029696A1; US20190230801A1; EP3515161B1; CN110062551A; JP2019165201A; US11032919B2

Abstract

本发明涉及用于无人驾驶运载器的控制箱和模块上系统电路板。具体而言，控制箱包括限定内部的壳体，壳体包括盖和刚性件，刚性件可移除地连接成与盖接触，刚性件包括外框架以及至少一个横梁。控制箱还包括热沉，热沉可移除地连接成与刚性件接触。控制箱还包括设置在内部内的第一电路板以及设置在内部内的第二电路板，第一电路板定位在刚性件和热沉之间，第二电路板定位在盖和刚性件之间。盖、刚性件和热沉沿横向方向堆叠。

Description

用于无人驾驶运载器的控制箱和模块上系统电路板

技术领域

本公开大体上涉及用于结合无人驾驶运载器使用的改进的控制箱和模块上系统电路板。

背景技术

无人驾驶航空运载器（UAV）是没有机载驾驶员的航空运载器。典型地，UAV由驾驶员远程控制、由机载控制系统控制、或通过远程驾驶员和机载控制系统的组合控制。大多数无人驾驶航空运载器包括控制系统以控制运载器操作。通常，用于UAV的控制系统包括一个或多个运载器控制系统，其包括机载导航系统，诸如惯性导航系统和卫星导航系统。无人驾驶航空运载器可使用惯性导航传感器（诸如加速度计和陀螺仪）以用于飞行定位和操纵以及基于卫星的导航以用于大体定位和寻路。大多数控制系统还包括一个或多个任务控制系统以用于执行一个或多个任务控制功能，诸如捕获图像或输送有效载荷。典型地，提供了UAV机载的独立硬件构件以用于各个运载器控制系统和各个任务控制系统。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐释，或可从描述中明显，或可通过实践本发明而学习到。

根据一个实施例，提供了一种模块上系统（“SOM”）电路板，其限定侧向方向、纵向方向和横向方向。SOM电路板包括主本体，主本体具有第一面表面、相对的第二面表面、第一侧表面、相对的第二侧表面、第一端表面以及相对的第二端表面。第一侧表面和第二侧表面具有沿纵向方向的最大长度，其大于第一端表面和第二端表面沿侧向方向的最大长度。SOM电路板还包括多个计算构件，多个计算构件中的各个安装在第一面表面或第二面表面中的一者上。SOM电路板还包括安装在第二面表面上的输入/输出连接器。SOM电路板还包括多个安装孔，其沿横向方向延伸穿过第一面表面和第二面表面且在第一面表面和第二面表面之间。多个安装孔包括在第一侧表面附近沿纵向方向间隔开的第一阵列的安装孔，在第二侧表面附近沿纵向方向间隔开的第二阵列的安装孔，以及沿侧向方向设置在第一阵列和第二阵列之间的第三安装孔。

根据另一个实施例，提供了一种模块上系统（“SOM”）电路板，其限定侧向方向、纵向方向和横向方向。SOM电路板包括主本体，主本体具有第一面表面、相对的第二面表面、第一侧表面、相对的第二侧表面、第一端表面以及相对的第二端表面。第一侧表面和第二侧表面具有沿纵向方向的最大长度，其大于第一端表面和第二端表面沿侧向方向的最大长度。SOM电路板还包括多个计算构件，多个计算构件中的各个安装在第一面表面或第二面表面中的一者上。SOM电路板还包括在第一侧表面附近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/输出连接器相对于第二侧表面仅设置在第一侧表面附近。SOM电路板还包括多个安装孔，其沿横向方向延伸穿过第一面表面和第二面表面且在第一面表面和第二面表面之间。

根据另一个实施例，提供了一种控制箱，其限定侧向方向、纵向方向和横向方向。控制箱包括限定内部的壳体，设置在内部内的电路板，以及从壳体延伸的输入/输出连接器。控制箱还包括可移除地连接至壳体的热沉，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，提供了一种控制箱，其限定侧向方向、纵向方向和横向方向。控制箱包括限定内部的壳体，壳体包括盖和刚性件，刚性件可移除地连接至壳体。控制箱还包括设置在内部内的电路板，其中电路板包括多个计算构件以及设置在计算构件中的一个或多个上的热接口材料。控制箱还包括从壳体延伸的输入/输出连接器。控制箱还包括可移除地连接至刚性件的热沉，使得电路板定位在刚性件和热沉之间。热接口材料与热沉接触。

根据另一个实施例，提供了一种控制箱，其限定侧向方向、纵向方向和横向方向。控制箱包括限定内部的壳体，壳体包括盖和刚性件，刚性件可移除地连接成与盖接触，刚性件包括外框架以及至少一个横梁。控制箱还包括热沉，热沉可移除地连接成与刚性件接触。控制箱还包括设置在内部内的第一电路板以及设置在内部内的第二电路板，第一电路板定位在刚性件和热沉之间，第二电路板定位在盖和刚性件之间。盖、刚性件和热沉沿横向方向堆叠。

根据另一个实施例，提供了一种控制箱，其限定侧向方向、纵向方向和横向方向。控制箱包括限定内部的壳体，壳体包括盖和刚性件，刚性件可移除地连接成与盖接触，刚性件包括外框架、至少一个横梁以及多个指部。控制箱还包括热沉，热沉可移除地连接成与刚性件接触。控制箱还包括设置在内部内的第一电路板以及设置在内部内的第二电路板，第一电路板定位在刚性件和热沉之间且与刚性件和热沉接触，第二电路板定位在盖和刚性件之间。盖、刚性件和热沉沿横向方向堆叠。

参照以下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。并入本说明书中且形成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且与描述一起用于论述本发明的原理。

技术方案1. 一种控制箱，其限定侧向方向、纵向方向和横向方向，所述控制箱包括：

限定内部的壳体，所述壳体包括盖和刚性件，所述刚性件可移除地连接成与所述盖接触，所述刚性件包括外框架以及至少一个横梁；

热沉，其可移除地连接成与所述刚性件接触；

设置在所述内部内的第一电路板，所述第一电路板定位在所述刚性件和所述热沉之间；以及

设置在所述内部内的第二电路板，所述第二电路板定位在所述盖和所述刚性件之间，

其中所述盖、所述刚性件和所述热沉沿所述横向方向堆叠。

技术方案2. 根据技术方案1所述的控制箱，其中，所述第一电路板是模块上系统（“SOM”）电路板。

技术方案3. 根据技术方案1所述的控制箱，其中，所述第二电路板包括输入/输出连接器，所述输入/输出连接器从所述壳体延伸。

技术方案4. 根据技术方案3所述的控制箱，其中，所述输入/输出连接器沿所述纵向方向从所述壳体延伸。

技术方案5. 根据技术方案3所述的控制箱，其中，所述输入/输出连接器沿所述横向方向从所述壳体延伸。

技术方案6. 根据技术方案1所述的控制箱，其中，所述第二电路板包括多个传感器连接器，所述多个传感器连接器从所述壳体延伸。

技术方案7. 根据技术方案1所述的控制箱，其中，所述第一电路板和所述第二电路板操作性通信。

技术方案8. 根据技术方案1所述的控制箱，其中，所述第一电路板包括多个计算构件且所述刚性件还包括多个指部，且其中所述电路板接触所述多个指部中的一个或多个。

技术方案9. 根据技术方案8所述的控制箱，其中，所述第一电路板还包括设置在所述计算构件中的一个或多个上的热接口材料，且其中所述热接口材料接触所述指部中的一个或多个。

技术方案10. 根据技术方案1所述的控制箱，其中，所述热沉、所述盖和所述刚性件各自包括沿所述横向方向延伸穿过其中的多个通孔，其中所述热沉、所述盖和所述刚性件的通孔各自布置成相同图案。

技术方案11. 根据技术方案1所述的控制箱，其中，所述热沉包括基部和限定在所述基部中的凹槽，其中凸片从所述刚性件延伸，且其中所述凸片在所述热沉连接至所述刚性件时延伸到所述凹槽中。

技术方案12. 根据技术方案1所述的控制箱，其中，所述刚性件由单个刚性件层形成。

技术方案13. 一种控制箱，其限定侧向方向、纵向方向和横向方向，所述控制箱包括：

限定内部的壳体，所述壳体包括盖和刚性件，所述刚性件可移除地连接成与所述盖接触，所述刚性件包括外框架、至少一个横梁和多个指部；

热沉，其可移除地连接成与所述刚性件接触；

设置在所述内部内的第一电路板，所述第一电路板定位在所述刚性件和所述热沉之间且与所述刚性件和所述热沉接触；以及

其中所述盖、所述刚性件和所述热沉沿所述横向方向堆叠。

技术方案14. 根据技术方案13所述的控制箱，其中，所述第一电路板是模块上系统（“SOM”）电路板。

技术方案15. 根据技术方案13所述的控制箱，其中，所述第二电路板包括输入/输出连接器，所述输入/输出连接器从所述壳体延伸。

技术方案16. 根据技术方案13所述的控制箱，其中，所述第二电路板包括多个传感器连接器，所述多个传感器连接器从所述壳体延伸。

技术方案17. 根据技术方案13所述的控制箱，其中，所述第一电路板和所述第二电路板操作性通信。

技术方案18. 根据技术方案13所述的控制箱，其中，所述第一电路板包括多个计算构件和设置在所述计算构件中的一个或多个上的热接口材料，且其中所述热接口材料接触所述指部中的一个或多个。

技术方案19. 根据技术方案13所述的控制箱，其中，所述热沉、所述盖和所述刚性件各自包括沿所述横向方向延伸穿过其中的多个通孔，其中所述热沉、所述盖和所述刚性件的通孔各自布置成相同图案。

技术方案20. 根据技术方案13所述的控制箱，其中，所述热沉包括基部和限定在所述基部中的凹槽，其中凸片从所述刚性件延伸，且其中所述凸片在所述热沉连接至所述刚性件时延伸到所述凹槽中。

附图说明

针对本领域的普通技术人员对本发明的完整和充分的公开（包括其最佳模式）参照附图在说明书中阐释，在附图中：

图1是绘出根据本公开的实施例的无人驾驶航空运载器（UAV）的示例的框图；

图2是绘出用于UAV的包括底板和卡架构的典型控制系统的示例的框图；

图3是绘出根据本公开的实施例的具有机载控制系统的UAV的示例的框图；

图4是绘出根据本公开的实施例的包括用于机载控制系统的控制箱的控制模块的第一电路板的框图；

图5是根据本公开的实施例的控制箱的透视图；

图6是示出根据本公开的实施例的控制箱的内部构件的透视图；

图7是根据本公开的实施例的控制箱的分解透视图；

图8是根据本公开的其它实施例的控制箱的透视图；

图9是示出根据本公开的其它实施例的控制箱的内部构件的透视图；

图10是根据本公开的其它实施例的控制箱的分解透视图；

图11是根据本公开的进一步实施例的控制箱的透视图；

图12是根据本公开的进一步实施例的控制箱的分解透视图；

图13是根据本公开的又进一步实施例的控制箱的透视图；

图14是根据本公开的又进一步实施例的控制箱的分解透视图；

图15是根据本公开的实施例的控制箱的截面视图；

图16是根据本公开的其它实施例的控制箱的截面视图；

图17是根据本公开的实施例的模块上系统电路板的透视顶视图；以及

图18是根据本公开的实施例的模块上系统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，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例借助于本发明的说明来提供，而非本发明的限制。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在本发明中可进行各种修改和改型，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而示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，其意在，本发明覆盖如落入到所附权利要求及其等同方案的范围内的这些修改和改型。

图1是示例性无人驾驶航空运载器（UAV）UAV 10的示意图。UAV 10是能够在没有机载驾驶员的情况下飞行的运载器。例如且没有限制，UAV 10可为固定翼飞行器、倾斜转子飞行器、直升机、多转子无人飞行器诸如四轴飞行器、软式飞艇、飞艇或其它飞行器。

UAV 10包括多个运载器装置，包括至少一个推进和移动（PM）装置14。PM装置14产生受控制的力且/或维持或改变UAV 10的位置、定向或地点。PM装置14可为推力装置或控制表面。推力装置是将推进或推力提供至UAV 10的装置。例如且没有限制，推力装置可为马达驱动的推进器、喷气发动机或推进的其它源。控制表面是可控制表面或其它装置，其提供由于在控制表面上方经过的空气流的偏转而引起的力。例如且没有限制，控制表面可为升降舵、方向舵、副翼、扰流器、襟翼、缝翼、空气制动器或配平装置。各种促动器、伺服马达和其它装置可用于操纵控制表面。PM装置14还可为配置成改变推进器或转子叶片的桨距角的机构或配置成改变转子叶片的倾斜角的机构。

UAV 10可由本文描述的系统控制，包括而不限于包括控制箱100的机载控制系统、地面控制站（图1中未示出）以及至少一个PM装置14。UAV 10可由例如且不限于由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预编程指令组、存储在机载控制系统中的成组指令和/或程序、或这些控制的组合来控制。

实时命令可控制至少一个PM装置14。例如且没有限制，实时命令包括指令，其在由机载控制系统运行时引起节流阀调整、襟翼调整、副翼调整、方向舵调整、或其它控制表面或推力装置调整。

在一些实施例中，实时命令可还控制UAV 10的额外运载器装置，诸如一个或多个次级装置12。次级装置12是电气或电子装置，其配置成执行一个或多个次级功能来引导UAV的推进或移动。次级装置可关于UAV的推进或移动，但典型地提供独立于运载器推进的直接控制或运动控制的一个或多个运载器或任务功能。例如，次级装置可包括与任务相关的装置，诸如相机或其它传感器，其用于对象探测和追踪。次级装置12的其它示例可包括传感器（诸如激光雷达/声纳/雷达传感器、GPS传感器）、通信装置、导航装置和各种有效载荷输送系统。例如且没有限制，实时命令包括指令，其在由机载控制系统运行时引起相机捕获图像，通信系统传输数据，或处理构件编程或配置一个或多个处理元件。

UAV 10借助于示例绘出，而没有限制。尽管本公开的许多内容相对于无人驾驶航空运载器描述，但将了解的是，公开技术的实施例可结合任何无人驾驶运载器（UV）使用，诸如无人驾驶航海运载器和无人驾驶地面运载器。例如，公开的控制系统可结合无人驾驶船、无人驾驶潜艇、无人驾驶汽车、无人驾驶卡车或能够移动的任何其它无人驾驶运载器使用。

图2是绘出用于UAV的典型控制系统50的示例的框图。在该示例中，控制系统使用具有多个卡槽71、72、73、74、75的底板60形成。各个卡槽配置成接收满足预定组的机械和电气标准的卡。各个卡包括一个或多个电路板，典型地包括一个或多个集成电路，其配置成执行特定运载器或任务控制功能。卡槽提供用于卡的结构支撑，以及卡与下面的总线之间的电气连接。绘出的具体示例具有安装在第一卡槽71中的CPU卡61、安装在第二卡槽72中的协同处理器卡62，以及分别安装在卡槽73、74、75中的附加卡63、64、65。借助于示例，CPU卡61可包括具有处理器、PCI电路、切换电路和电连接器的电路板，电连接器配置成结构地且电气地将卡61连接至卡槽71。类似地，协同处理器卡62可包括处理器、PCI电路、切换电路和连接器。

附加卡63、64、65可包括配置成执行一个或多个运载器和/或任务功能的任何数量和类型的卡。附加卡的示例包括输入/输出（I/O）卡、网络卡、驾驶和导航功能卡、传感器接口卡（例如相机、雷达等）、有效载荷输送系统控制卡、图形处理单元（GPU）卡、以及用于具体类型的运载器和/或任务功能的任何其它卡。

像图2中的底板架构的典型底板架构包括开关66，其允许各个卡与任何其它槽中的卡通信。存在包括各种标准的多种示例来限定不同类型的底板架构。例如，尽管开关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放置在底板的具体槽中。在各种情况下，节点装置可经由开关与彼此通信。尽管五个卡槽在图2中绘出，但底板可包括任何数量的卡槽。

使用像图2的底板架构的底板架构的用于UAV的机载控制系统可有效地提供一些功能控制。此外，此架构可通过硬件改变来提供一些配置能力。然而，传统底板架构在用于UAV的实施方式中可具有多个缺点。例如，通过组合的电气和机械连接而联接于多个卡的底板的结构性能可能无法很好适于一些UAV的高应力环境。对于底板中的一个或多个卡，可由于振动、温度或其它因素而发生机械和/或电气失效。此外，此架构提供有限的处理能力，同时需要大量空间和重量。各个卡典型地包括其自身的电路板，包括连接器、切换电路、通信电路等。因为各个电路板需要其自身的电路以用于这些公共功能，底板架构可提供相对高的重量和空间要求。此外，这些类型的系统的计算能力和容量典型地由多卡途径限制。卡之间以及各种处理元件之间的通信可导致降低的计算能力。

图3是绘出根据公开技术的实施例的包括控制系统80的无人驾驶航空运载器（UAV）10的框图。控制系统80包括控制箱100，其提供运载器和任务功能的集中控制。控制箱包括限定内部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，且输入/输出（“I/O”）连接器126延伸穿过壳体110（诸如，从第二电路板122），如下文所述。控制箱100包括热沉118，其提供成耗散来自控制箱100的电气构件的热。在示例性实施例中，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可包括额外构件，诸如额外控制单元或执行运载器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的运载器和任务管理功能的控制模块，且第二电路板122包括用于提供控制单元与UAV的各种PM装置和次级装置之间的通信接口的载体模块。

在一些示例中，第一电路板包括多个异类处理系统，各自具有可重新配置的处理架构，以提供各种运载器和任务功能的管理。带有可重新配置的功能性的多个异类处理系统适于由无人驾驶航空运载器执行的多样功能，以及这些运载器典型需要的高水平的认证。

在示例性实施例中，第二电路板122是载体模块，其提供第一电路板120与UAV 10的各种PM装置14和次级装置12之间的接口。例如，图3绘出了成组PM装置，包括推力装置30、控制表面32和定位系统34。此外，图3绘出了成组次级装置，包括图像传感器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、有效载荷输送系统36和通信系统38。第二电路板122可包括连接至第一电路板的对应I/O连接器的I/O连接器，以及从壳体延伸的I/O连接器。此外，第二电路板可包括从壳体延伸的多个传感器连接器。第二电路板可提供包括相关联的电子电路的通信或输入/输出（I/O）接口，其用于发送和接收数据。更特别地，通信接口可用于在第二电路板的各种集成电路中的任何之间以及在第二电路板与其它电路板之间发送和接收数据。例如，项目接口可包括I/O连接器126、I/O连接器238和/或I/O连接器124。类似地，接口电路中的任一个处的通信接口可用于与外侧构件通信，诸如另一航空运载器、传感器、其它运载器装置和/或地面控制。通信接口可为适合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可包括额外构件。例如，第三电路板诸如夹层卡可在另一实施例中设在控制箱100内。在一些示例中，第三电路板可包括一个或多个非易失性存储器阵列。例如，固态驱动器（SSD）可设为夹层卡上的一个或多个集成电路。此外，控制箱100可包括形成控制模块的额外的电路板以及形成额外的载体模块的额外的电路板。

图4是描述根据公开技术的示例性实施例的第一电路板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运载器（UAV）的控制模块（例如，控制板）。在示例性实施例中，第一电路板120是模块上系统（SOM）卡200。第一电路板120包括第一处理系统230、第二处理系统232、存储器块234和I/O连接器238。

第一处理系统和第二处理系统可包括或关联于任何数量的独立微处理器、电源、存储装置、接口和其它标准构件。处理系统可包括任何数量的软件程序（例如，运载器和任务控制过程）或指令或与这些软件程序或指令协同，这些软件程序或指令设计成执行操作航空运载器10所需的各种方法、过程任务、计算和控制/显示功能。存储器块234可包括任何适合形式的存储器，诸如而不限于SDRAM，其配置成支持对应的处理系统。例如，第一存储器块可配置成支持第一处理系统230，且第二存储器块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器块234。借助于示例，各自包括独立集成电路的四个存储器块可设成支持第一处理系统230，且两个存储器块可设成支持第二处理系统232。I/O连接器238从第一电路板122的第一表面延伸以提供至第二电路板122的操作性通信链接。

第一处理系统230和第二处理系统232在公开技术的示例性实施例中形成异类且可重新配置的计算架构，适于UAV 10的多样和稳定需要。第一处理系统230包括形成第一处理平台的一个或多个处理单元302以及形成第二处理平台的一个或多个可编程逻辑电路304。借助于示例，一个或多个处理单元302可包括中央处理单元，且可编程逻辑电路304可包括易失性可编程逻辑阵列，诸如基于RAM的现场可编程门阵列（FPGA）。可使用任何数量和类型的处理单元以用于处理单元302。多个处理单元302和可编程逻辑电路304可设在第一集成电路（在一些实施例中大体上称为处理电路）内。

第二处理系统232包括形成第三处理平台的一个或多个处理单元322以及形成第四处理平台的一个或多个可编程逻辑电路324。借助于示例，一个或多个处理单元322可包括协同处理单元，且可编程逻辑电路324可包括基于闪存的FPGA。可使用任何数量和类型的处理单元以用于处理单元322。一个或多个处理单元322和可编程逻辑电路324可设在第二集成电路（在一些实施例中大体上称为处理电路）内。

通过在各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提供独特地适于高应力应用UAV的处理、稳定性和操作要求的异类计算系统。例如，基于RAM和基于闪存的FPGA技术组合来影响两者用于UAV应用的强度。异类处理单元302和322以及异类可编程逻辑电路304和324的独特能力支持硬件和软件分区操作环境两者。运载器和任务管理功能可根据关键性和性能需要来分配给不同分区。这提供了适于关键操作的控制和监测架构。例如，提供了用于不可逆关键功能的控制的开/关或红/绿架构。借助于进一步的示例，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结构加速器。

现在参照图5至图18，大体上提供了改进的控制箱100及其构件的进一步实施例。如所论述，根据本公开的控制箱100大体上收纳控制无人驾驶航空运载器（“UAV”）的操作的各种电气/计算构件，且控制箱100因此大体上安装在UAV上。根据本公开的控制箱100具体地由于其模块化设计而有利，其中如本文论述的控制箱100的各种构件诸如热沉、盖和/或刚性件各自利用针对各个此构件的各种不同设计可互换。如本文所论述的某些特征有助于促进此模块化。此外，如本文所论述，此控制箱100的各种特征诸如热沉、刚性件和模块上系统（“SOM”）电路板包括有利的热传递特征，以用于从SOM电路板以及大体上从控制箱100传递热。其它有利特征将在本文中论述。

根据本公开的控制箱100可限定如图所示的侧向方向102、纵向方向104和横向方向106。此方向102、104、106可一起限定用于控制箱100的正交坐标系。

控制箱100可包括限定内部112的壳体110。在示例性实施例中，壳体110包括盖114和一个或多个刚性件116。在一些实施例中，仅单个刚性件116用在控制箱100中，但在备选实施例中，可使用多于一个刚性件116。在其中壳体110包括盖114和刚性件116的实施例中，至少一个此刚性件116可移除地连接成与盖114接触，且刚性件116沿横向方向106堆叠在彼此以及壳体110上。控制箱100还可包括热沉118。热沉118可移除地连接至壳体110，诸如与多个刚性件116中的一者接触。热沉118还可沿横向方向106堆叠在刚性件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是如本文论述的模块上系统（“SOM”）电路板200。在示例性实施例中，此第一电路板120可定位在壳体110和热沉118之间，诸如在刚性件116和热沉118之间。此外，第一电路板120可与热沉120接触，使得来自第一电路板120的热通过热沉120从第一电路板120耗散。此外，第一电路板120可与刚性件116接触。

例如，第一电路板120可包括一个或多个计算构件。此计算构件可包括第一处理系统230、第二处理系统232和/或一个或多个存储器块234，它们所有都在本文中详细论述，诸如在SOM电路板200的语境下。此外，热接口材料236（在SOM电路板200的语境下在下面详细论述）可设置在此计算构件中的一个或多个上。在示例性实施例中，第一电路板120（诸如，设置在计算构件中的一个或多个上的热接口材料236）可接触热沉118和/或刚性件116。

在一些实施例中，热接口材料236可与热沉118接触。具体而言，设置在一个或多个计算构件（诸如第一处理系统230、第二处理系统232和/或一个或多个存储器块234，其安装在第一电路板120的第一面表面210上，如在SOM电路板200的语境下在下面详细论述）上的热接口材料236可与热沉118（诸如其基部130）接触。

此外或备选地，刚性件116可包括多个指部140。指部140是刚性件116的大体平坦内表面，其接触其它构件以用于支撑和热传递目的。第一电路板120可接触此指部140。具体而言，设置在一个或多个计算构件（诸如一个或多个存储器块234，其安装在电路板120的第二面表面212上，如在SOM电路板200的语境下在下面详细论述）上的热接口材料236可与指部140接触。

在示例性实施例中，刚性件116包括外框架142以及一个或多个横梁144。刚性件116还可包括指部140。当第一电路板120接触刚性件116时，第一电路板120可接触外框架142和/或横梁144中的一个或多个，且还可接触指部140，如上文所论述。

在示例性实施例中，热沉118由金属形成。热沉118可包括基部130。在示例性实施例中，基部可与第一电路板120（诸如其构件）接触，如上文所论述。此外，在一些示例性实施例中，如图5至图7中所示，热沉118可包括从基部130向外部延伸的多个翅132。在这些实施例中，热沉118可经由翅132提供从控制箱100的对流热传递。在其它实施例中，如图8至图14中所示，可以不提供翅132，且热沉118可经由基部130与其它构件（例如，在控制箱100安装至的本UAV中）接触来从控制箱100提供传导热传递。在还有其它实施例中，热沉118还可包括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适合的构件。

控制箱100还可包括第二电路板122。第二电路板122可例如为载体卡类型电路板，其大体上包括通信相关的构件，诸如声纳、雷达、GPS、无线电设备等相关的构件。第二电路板可设置在内部112内。例如，在示例性实施例中，此第二电路板122可定位在盖114和刚性件116之间。此外，第二电路板122可与刚性件116接触。

在示例性实施例中，第二电路板122与第一电路板120操作性通信。例如，第二电路板122还可包括一个或多个输入/输出连接器124，其定位在第二电路板122上，以操作性地接触第一电路板120的匹配输入/输出连接器（诸如，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还可包括一个或多个传感器连接器125。此传感器连接器125可从壳体110延伸，诸如如图5至图10中所示沿纵向方向104或沿另一适合的方向。这些传感器连接器125可为用于将第二电路板122连接至适合的外部传感器或其它次级装置12（诸如，本文论述的那些）的端口，外部传感器或其它次级装置12例如可安装在控制箱100安装在其上的UAV上。

控制箱100还可包括一个或多个输入/输出连接器126，其从壳体110延伸。在示例性实施例中，此连接器126中的一个或多个是第二电路板122的构件。此输入/输出连接器126可将控制箱100及其构件连接至例如控制箱100安装在其上的UAV的其它构件。在一些实施例中，如图5至图10中所示，输入/输出连接器126沿纵向方向104从壳体110延伸，诸如穿过壳体110的端面板115。在其它实施例中，如图11至图14中所示，输入/输出连接器126沿横向方向106从壳体110延伸，诸如穿过盖114。

在一些实施例中，控制箱100还可包括夹层卡128。夹层卡128可设置在内部112内，且可与第二电路板122操作性通信。夹层卡128可例如设置在第二电路板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的构件。

如图所示，热沉118和壳体110的构件可包括通孔。各种通孔可有利地对准来促进控制箱100的各种构件的模块化。例如，多个通孔150可延伸穿过热沉118的基部130，诸如沿横向方向106。此通孔150可布置成图案。此外，多个通孔可延伸穿过壳体110，诸如沿横向方向106。此通孔可布置成图案。此通孔可例如包括沿横向方向106延伸穿过盖114且成图案的通孔152以及沿横向方向108延伸穿过刚性件116且成图案的通孔154。在示例性实施例中，在基部130和壳体110中的通孔（诸如通孔150、152和154）的图案是相同的。相应地，紧固件可插入穿过通孔150、152、154以将控制箱100的此构件紧固在一起。注意的是，此相同图案可延伸至多种不同类型的热沉118和壳体110（及其盖114和刚性件116），使得此构件的不同方案可以以模块方式与彼此交换。

在热沉118接触壳体110（诸如，其刚性件116）时，此构件可使用“舌榫”类型特征配合在一起。此特征有利地使构件相对于彼此定向，以确保适当配合，且还有利地用作电磁干扰（“EMI”）过滤器。例如，如图15和图16中所示，凹槽160可限定在基部130中。在一些实施例中，凹槽160可为外部凹槽，如图16中所示。备选地，凹槽160可为内部凹槽，如图15中所示。用于匹配的凸片162可从壳体110（诸如，其刚性件116）延伸。在热沉118连接至壳体110（诸如，至其刚性件116）时，凸片162可延伸到凹槽160中。

在其中使用盖114和刚性件的实施例中，此构件也可使用“舌榫”类型特征配合在一起。此特征有利地使构件相对于彼此定向，以确保适当配合，且还有利地用作电磁干扰（“EMI”）过滤器。例如，如图16中所示，凹槽164可限定在刚性件116中。在如图所示的一些实施例中，凹槽164可为外部凹槽。备选地，凹槽164可为内部凹槽。用于匹配的凸片166可从盖114延伸。备选地，如图15中所示，凹槽164可限定在盖114中，且凸片166可限定在刚性件116中。在刚性件116连接至盖114时，凸片162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可包括模块上系统（“SOM”）电路板200，其可为如上文论述的第一电路板120。SOM电路板200可限定如图所示的侧向方向202、纵向方向204和横向方向206。此方向202、204、206可一起限定用于SOM电路板200的正交坐标系。当SOM电路板200安装在控制箱100中时，方向202、204、206可对应于相应方向102、104、106。

SOM电路板200可具有主本体208，其包括多个外表面。例如，主本体208包括第一面表面210和第二相对面表面212，它们两者大体上在由侧向方向202和纵向方向204限定的平面内延伸。主本体208还包括第一端表面214和相对的第二端表面216，它们两者大体上在由侧向方向202和横向方向206限定的平面内延伸。主本体208还包括第一侧表面218和相对的第二侧表面220，它们两者大体上在由纵向方向204和横向方向206限定的平面内延伸。

大体上，SOM电路板200和其主本体208具有超矩形形状，如图所示。相应地，第一端表面214和第二端表面216还各自具有长度222，其为沿侧向方向202的最大长度。第一侧表面218和第二侧表面220还各自具有长度224，其为沿纵向方向204的最大长度。如图所示，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还可包括多个计算构件。各个计算构件可安装在主本体208上，诸如在第一面表面210或第二面表面212上。例如，计算构件可包括第一处理系统230、第二处理系统232和多个存储器块234。注意的是，在示例性实施例中，第一处理系统230和第二处理系统232以及存储器块234一起集成在内聚计算系统中，其中两个处理系统230、232一起操作。相应地，例如，第一处理系统230可监测和后备第二处理系统232，且第二处理系统232可监测和后备第一处理系统230。

例如，在一些实施例中，第一处理系统230可为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可为基于闪存存储器的处理系统。此外或备选地，存储器块234可为RAM存储器块。

如图所示，在示例性实施例中，第一处理系统230和第二处理系统232可安装在主本体208的第一面表面210上。然而，备选地，第一处理系统230和第二处理系统232中的一者和两者可安装在主本体208的第二面表面212上。此外，在一些实施例中，存储器块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，存储器块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，热接口材料236可设置在计算构件中的一个或多个上。热接口材料236可促进从此计算构件至控制箱100的其它构件的热传递，如本文所论述。适合的热接口材料236可例如为相对顺应材料，其可例如为可固化的。在示例性实施例中，此材料236可为摇溶材料。在示例性实施例中，此材料236可具有热传导率，其在3.2到4 W/m-K之间，诸如在3.4到3.8 W/m-K之间，诸如3.6 W/m-K。一种适合的材料是填缝剂3500S35，其从Bergquist公司市售。

在示例性实施例中，热接口材料236可设置在存储器块234上，诸如安装在第一面表面210上的存储器块234中的一个或多个和/或安装在第二面表面212上的存储器块234中的一个或多个。此外或备选地，热接口材料236可设置在第一处理系统230和/或第二处理系统上。

一个或多个输入/输出连接器238还可安装在主本体208上。这些连接器238可将SOM电路板200连接至其它电路板（如本文所论述，在控制箱100中），因此允许SOM电路板200与此其它电路板之间的通信。例如，连接器238可安装在如图所示的第二面表面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可设置在第一侧表面218附近，且因此沿侧向方向202相比于第二侧表面220较接近第一侧表面218。在这些实施例中的一些中，可以没有连接器238设在第二侧表面220附近。此外，连接器238的纵向轴线可沿纵向方向204对准，如图所示。

如进一步所示，多个安装孔240可延伸穿过主本体208。这些安装孔240中的一个或多个可例如用于将SOM电路板200连接至控制箱100中的其它构件。各个安装孔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且在第一面表面210和第二面表面212之间。

安装孔240在主本体中的地点可特别有利。例如，安装孔240的第一阵列242可设置在第一侧表面218附近，且在示例性实施例中沿侧向方向202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。在示例性实施例中，第一阵列242可包括三个或更多个安装孔，但在备选实施例中，可使用两个安装孔。安装孔240的第二阵列244可设置在第二侧表面220附近，且在示例性实施例中可沿侧向方向202与第二侧表面220间隔开跟第一阵列242离第一侧表面218相等的距离。第二阵列244的安装孔240可沿纵向方向204与彼此间隔开。在示例性实施例中，第二阵列244可包括三个或更多个安装孔，但在备选实施例中，可使用两个安装孔。第一阵列和第二阵列可有利地都将SOM电路板200连接至控制箱100中的其它构件，且最小化SOM电路板200相对于此构件的任何相对运动。

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可大体上中央地定位在第一侧表面218和第二侧表面220之间，诸如沿侧向方向202。第三安装孔246可沿侧向方向202与第一阵列242和第二阵列244相等地间隔开。此外，在仅使用单个第三安装孔246的实施例中，第三安装孔246可大体上中央地定位在第一端表面214和第二端表面216之间，诸如沿纵向方向204。第三安装孔246可具体地有利，由于此孔246在使用SOM电路板200期间减少共振频率问题，且对SOM电路板200提供改进的刚性。

在一些实施例中，多个通路250可设在SOM电路板200中。各个通路可沿横向方向206延伸穿过本体208且可从第一面表面210和/或第二面表面212突出。通路250可位于第一侧表面218和/或第二侧表面220附近。在示例性实施例中，通路250可由金属材料形成，诸如金或铜，且可用作热传递导管，以从主本体208内传递热，且将该热大体上从主本体208和SOM电路板200传递。

在一些实施例中，一个或多个金属涂层可镀在主本体208上，诸如在其第一面表面210和/或第二面表面212上。金属涂层可用作热传递导管以大体上从主本体208和SOM电路板200传递热。

例如，第一金属涂层252可镀在限定多个安装孔240（包括在第一阵列242和第二阵列244中的那些安装孔，以及第三安装孔246）的本体208的部分上（诸如，在其第一面表面210和/或第二面表面212上）。此涂层252可离散地镀在本体208的此部分上，使得各种镀层未连接。在示例性实施例中，此第一金属涂层252是铜涂层，但在备选实施例中，可使用金或其它适合的金属。

此外或备选地，第二金属涂层254可镀在本体208上（诸如在其第一面表面210和/或第二面表面212上）。此涂层252可位于第一侧表面218和第二侧表面220附近，且可延伸至此表面218、220，诸如完全地沿长度224。在其中使用第一金属涂层252和第二金属涂层254两者的实施例中，第二金属涂层254可镀在第一金属涂层252上方。在示例性实施例中，此第二金属涂层254是金涂层，但在备选实施例中，可使用铜或其它适合的金属。

此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims

1.一种控制箱，其限定侧向方向、纵向方向和横向方向，所述控制箱包括：

限定内部的壳体，所述壳体包括盖和刚性件，所述刚性件可移除地连接成与所述盖接触，所述刚性件包括外框架以及至少一个横梁，其中凸片从所述刚性件延伸；

热沉，其可移除地连接成与所述刚性件接触，所述热沉包括基部和限定在所述基部中的凹槽，其中所述凸片在所述热沉连接至所述刚性件时延伸到所述凹槽中；

其中所述盖、所述刚性件和所述热沉沿所述横向方向堆叠。

2.根据权利要求1所述的控制箱，其中，所述第一电路板是模块上系统（“SOM”）电路板。

3.根据权利要求1所述的控制箱，其中，所述第二电路板包括输入/输出连接器，所述输入/输出连接器从所述壳体延伸。

4.根据权利要求3所述的控制箱，其中，所述输入/输出连接器沿所述纵向方向从所述壳体延伸。

5.根据权利要求3所述的控制箱，其中，所述输入/输出连接器沿所述横向方向从所述壳体延伸。

6.根据权利要求1所述的控制箱，其中，所述第二电路板包括多个传感器连接器，所述多个传感器连接器从所述壳体延伸。

7.根据权利要求1所述的控制箱，其中，所述第一电路板和所述第二电路板操作性通信。

8.根据权利要求1所述的控制箱，其中，所述第一电路板包括多个计算构件且所述刚性件还包括多个指部，且其中所述电路板接触所述多个指部中的一个或多个。

9.根据权利要求8所述的控制箱，其中，所述第一电路板还包括设置在所述计算构件中的一个或多个上的热接口材料，且其中所述热接口材料接触所述指部中的一个或多个。

10.根据权利要求1所述的控制箱，其中，所述热沉、所述盖和所述刚性件各自包括沿所述横向方向延伸穿过其中的多个通孔，其中所述热沉、所述盖和所述刚性件的通孔各自布置成相同图案。

11.根据权利要求1所述的控制箱，其中，所述刚性件由单个刚性件层形成。

12.一种控制箱，其限定侧向方向、纵向方向和横向方向，所述控制箱包括：

限定内部的壳体，所述壳体包括盖和刚性件，所述刚性件可移除地连接成与所述盖接触，所述刚性件包括外框架、至少一个横梁和多个指部，其中凸片从所述刚性件延伸；

其中所述盖、所述刚性件和所述热沉沿所述横向方向堆叠。

13.根据权利要求12所述的控制箱，其中，所述第一电路板是模块上系统（“SOM”）电路板。

14.根据权利要求12所述的控制箱，其中，所述第二电路板包括输入/输出连接器，所述输入/输出连接器从所述壳体延伸。

15.根据权利要求12所述的控制箱，其中，所述第二电路板包括多个传感器连接器，所述多个传感器连接器从所述壳体延伸。

16.根据权利要求12所述的控制箱，其中，所述第一电路板和所述第二电路板操作性通信。

17.根据权利要求12所述的控制箱，其中，所述第一电路板包括多个计算构件和设置在所述计算构件中的一个或多个上的热接口材料，且其中所述热接口材料接触所述指部中的一个或多个。

18.根据权利要求12所述的控制箱，其中，所述热沉、所述盖和所述刚性件各自包括沿所述横向方向延伸穿过其中的多个通孔，其中所述热沉、所述盖和所述刚性件的通孔各自布置成相同图案。