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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten Leiterplatte mit Steuerschaltungsteilen zur Realisierung von Grundfunktionen zum Betrieb einer Einrichtung, z. B. eines Scheinwerfers, eines Kraftfahrzeugs.
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Als Steuergeräte werden elektronische Module bezeichnet, die in technischen Einrichtungen eingebaut werden, um den Betrieb von Komponenten dieser Einrichtungen zu steuern und zu regeln. In Kraftfahrzeugen werden Steuergeräte in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt.
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Ein Steuergerät für eine Scheinwerferanordnung eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 221 926 A1 bekannt.
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Für die Auslegung von Steuergeräten im Kraftfahrzeugbereich werden die gewünschten Funktionen des Steuergeräts ermittelt und entsprechend in der Design-Phase realisiert. Im Layout sind somit alle für die jeweilige Funktion notwendigen Schaltungselemente vorgehalten. Diese bestimmen über ihren Platzbedarf die notwendige Fläche bzw. Größe der Leiterplatte.
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Insbesondere bei sogenannten Plattform-Steuergeräten werden meist einige optionale Funktionen vorgehalten. Die Nutzung aller optionalen Funktionen kommt jedoch sehr selten vor. Somit werden Zusatzkosten erzeugt für Schaltungsteile einer Leiterplatte, die überhaupt nicht benötigt oder sehr selten benötigt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuergerät bereitzustellen, welches kostengünstiger ist und die Leiterplattenfläche besser ausnutzt. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten Leiterplatte mit Steuerschaltungsteilen zur Realisierung von Grundfunktionen zum Betrieb einer Einrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei die erste Leiterplatte zumindest eine Schnittstelle aufweist, sowie zumindest einer zweiten Leiterplatte mit Steuerschaltungsteilen zur Realisierung von Zusatzfunktionen, wobei die zweite Leiterplatte eine Schnittstelle aufweist, über die sie mit der zumindest einen Schnittstelle der ersten Leiterplatte verbunden ist.
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In der Design-Phase eines Steuergeräts können somit Grundfunktionen festgelegt werden, die zwingend im Steuergerät realisiert und durch dieses bereitgestellt werden müssen. Weiterhin können Zusatzfunktionen definiert werden, die optionale Funktionen darstellen. Lediglich die Grundfunktionen und die entsprechenden Steuerschaltungsteile werden auf einer ersten Leiterplatte realisiert. Dadurch ist es möglich, zum einen die Fläche einer Leiterplatte besser auszunutzen und zum anderen insgesamt kleinere Leiterplatten zu verwenden. Dies stellt eine erhebliche Kostenersparnis dar. Eine Zusatzfunktion und die entsprechenden Steuerschaltungsteile können auf einer zweiten Leiterplatte realisiert werden. Für unterschiedliche Funktionen können unterschiedliche zweite Leiterplatten erstellt werden.
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Eine zweite Leiterplatte wird je nach Bedarf und Anforderung, d. h. je nach erforderter Zusatzfunktion mit der ersten Leiterplatte über eine Schnittstelle verbunden. Erfindungsgemäß ist es somit möglich, ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs zu konfigurieren und zu individualisieren. Außerdem ist es möglich, zu einem späteren Zeitpunkt auf weitere Zusatzfunktionen, die gefordert werden, zu reagieren. Zum einen können bestehende zweite Leiterplatten mit der ersten Leiterplatte verbunden werden, um eine geforderte Zusatzfunktion bereitzustellen. Zum anderen kann eine neue zweite Leiterplatte hergestellt werden, die eine neue Zusatzfunktion realisiert, die mit der ersten Leiterplatte, die die Grundfunktion enthält, über die Schnittstelle verbunden werden kann.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass eine zweite Leiterplatte ausgetauscht werden kann, sollte sie defekt sein. Zusatzfunktionen, die über eine zweite Leiterplatte realisiert werden können, sind beispielsweise CAN (Controller Area Network), UN (Local Interconnect Network), LVDS-Treiber (Low Voltage Differential Signalling-Treiber), 4 Channel Multi-Mode PSI5 Transceiver, externe Spannungsversorgung von 5 V oder 3,3 V, Schrittmotortreiber, DC-Motorsteuerung, HSS mit Stromerfassung, LSS mit Stromerfassung, Dual_HSS, Dual LSS, Dual/LED Output, Smart LED Driver, ADC-Multiplexer, Dummy-Load, Konstantstromsenke, zusätzlicher Versorgungseingang, etc.
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Unter Umständen kann bei einer Erweiterung des Steuergeräts mit einer zweiten Leiterplatte auf eine Re-Validierung verzichtet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Schnittstelle der ersten Leiterplatte zumindest ein elektrisches Schnittstellenelement und/oder zumindest ein mechanisches Schnittstellenelement aufweist. Somit kann über die Schnittstelle eine elektrische und/oder eine mechanische Verbindung zur zweiten Leiterplatte hergestellt werden. Insbesondere können die beiden Leiterplatten über die Schnittstellen elektrisch und/oder mechanisch verbunden werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schnittstelle der ersten Leiterplatte einen Versorgungs- und/oder einen Signalanschluss umfasst. Somit kann die erste Leiterplatte die zweite Leiterplatte über die Schnittstellen mit Leistung und/oder Daten versorgen. Auch ein Datenaustausch ist über den Signalanschluss möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die erste oder zweite Leiterplatte eine Kugelgitteranordnung (Ball-Grid-Array) als Schnittstelle aufweist. Dies bedeutet, dass die Anschlüsse kompakt auf der Unterseite eines Bauelements, insbesondere der Leiterplatte, liegen. Die Anschlüsse sind kleine Lotperlen, die nebeneinander in einem Raster aus Spalte und Zeilen stehen. Diese Perlen können beispielsweise beim Reflow-Löten in einem Lötofen aufgeschmolzen werden und sich mit entsprechenden Kontaktflächen, die in diesem Fall die Schnittstelle darstellen, der jeweils anderen Leiterplatte verbunden werden.
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Alternativ kann die erste und/oder zweite Leiterplatte als Schnittstelle eine Platinenrandkontaktierung aufweisen, mit der eine entsprechende Platinenrandkontaktierung der jeweils anderen Leiterplatte direkt kontaktiert werden kann. Somit sind sehr viele Anschlüsse auf einem kleinen Raum möglich. Es entstehen geringe Materialkosten für die Kontaktierung. Die Fertigung ist einfach. Lötstellen können z. B. optisch kontrolliert werden.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine der ersten und zweiten Leiterplatten eine Platinenrandkontaktierung aufweist und die jeweils andere Leiterplatte eine entsprechende Steckerleiste aufweist. Somit kann die eine Leiterplatte einfach in die Steckerleiste der anderen Leiterplatte eingesteckt werden. Auf diese Art und Weise kann zum einen eine elektrische und signaltechnische als auch eine mechanische Verbindung der beiden Leiterplatten erfolgen.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die erste und zweite Leiterplatte lösbar miteinander verbunden sind. Dadurch ist es besonders einfach, eine zweite Leiterplatte gegen eine andere zweite Leiterplatte auszutauschen. Somit kann die erste Leiterplatte mit einer anderen Funktionalität verbunden werden oder eine defekte Leiterplatte kann ausgetauscht werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die zweite Leiterplatte mit der ersten Leiterplatte mittels einer Löt- oder Klebeverbindung verbunden ist.
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Weiterhin ist es denkbar, dass zur Realisierung einer Schnittstelle eine der ersten und zweiten Leiterplatten Einpressstifte und die jeweils andere Leiterplatte entsprechende Aufnahmen aufweist. Hierbei kann eine hohe Stromtragfähigkeit realisiert werden. Zur Kontaktierung sind lediglich Löcher bzw. Aufnahmen in einer der Leiterplatten vorzuhalten. Bei dieser Art der Verbindung der beiden Leiterplatten handelt es sich um eine besonders robuste Verbindung. Außerdem ist es möglich und denkbar, dass die erste und zweite Leiterplatte beispielsweise in einem rechten Winkel zueinanderstehen, sodass zusätzlicher Bauraum im Steuergerät erschlossen werden kann.
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Die zweite Leiterplatte kann einseitig oder beidseitig mit Bauelementen bestückt sein. Wenn die Leiterplatte beidseitig mit Bauelementen bestückt ist, können bei geringer Leiterplattengröße mehr Bauelemente vorgesehen werden.
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Die zweite Leiterplatte kann eine Kühlung aufweisen, beispielsweise eine Kühlplatte, einen Lüfter oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich kann sie thermisch an ein Gehäuse des Steuergeräts angebunden sein.
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Die Anzahl der benötigten Schnittstellenelemente oder -anschlüsse kann reduziert werden, wenn die zweite Leiterplatte zumindest ein Bauelement mit einer SPI-Schnittstelle aufweist.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die zweite Leiterplatte einen Identifizierungsspeicher aufweist, der beispielsweise einem Prozessor auf der ersten Leiterplatte mitteilt, welche Funktionalität die zweite Leiterplatte aufweist.
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Die erste und die zweite Leiterplatte können in einem Gehäuse angeordnet sein, das sich zerstörungsfrei öffnen und schließen lässt. Dadurch kann das Gehäuse des Steuergeräts geöffnet werden und kann beispielsweise eine zweite Leiterplatte eingesetzt oder ausgetauscht werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erste Leiterplatte mehrere Schnittstellen aufweist. Somit können mehrere zweite Leiterplatten mit der ersten Leiterplatte über eine Schnittstelle verbunden und weitere Zusatzfunktionen realisiert werden. Dabei ist es auch denkbar, dass die Schnittstellen unterschiedlich ausgestaltet sind und unterschiedliche zweite Leiterplatten mit unterschiedlichen Schnittstellen vorgesehen sind. Insbesondere können die Schnittstellen unterschiedliche Versorgungs- und Signalanschlüsse aufweisen.
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Die zweiten Leiterplatten können hinsichtlich ihrer Funktion, Größe, Kühlung etc. optimiert werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
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In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1a eine Draufsicht auf eine erste Leiterplatte;
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1b eine Draufsicht auf eine zweite Leiterplatte;
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2 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts.
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Die 1a zeigt eine erste Leiterplatte 1 eines Steuergeräts für ein Kraftfahrzeug. Die erste Leiterplatte 1 weist mehrere Steuerungsschaltungsteile 2, 3 zur Realisierung von Grundfunktionen des Steuergeräts auf. Grundfunktionen des Steuergeräts sind beispielsweise die Ansteuerung eines Scheinwerfers des Kraftfahrzeugs. Weiterhin weist die erste Leiterplatte 1 Schnittstellen 4, 5 auf, über die zweite Leiterplatten mit entsprechenden Schnittstellen mit der ersten Leiterplatte 1 verbunden werden können. Eine solche zweite Leiterplatte 10 ist in der 1b dargestellt.
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Die zweite Leiterplatte 10 weist Steuerschaltungsteile 11, 12 zur Realisierung von Zusatzfunktionen, wie beispielsweise die Bereitstellung einer zusätzlichen externen Spannung, auf. Die zweite Leiterplatte 10 weist weiterhin eine Schnittstelle 13 auf, die mit der Schnittstelle 4 der ersten Leiterplatte 1 kompatibel ist. Insbesondere können die beiden Leiterplatten 1, 10 über ihre jeweiligen Schnittstellen 4, 13 miteinander verbunden werden, insbesondere mechanisch und elektrisch bzw. signaltechnisch miteinander verbunden werden. Um der ersten Leiterplatte 1 bzw. einer darauf angeordneten Steuerung 6 mitteilen zu können, um welche Art von zweiter Leiterplatte 10 es sich handelt, insbesondere welche Zusatzfunktion durch die zweite Leiterplatte 10 realisiert wird, kann die zweite Leiterplatte 10 einen Identifikationsspeicher 14 aufweisen, an dem ein Wert ausgelesen werden kann, sodass die Steuerung 6 weiß, welche weitere Zusatzfunktion zur Verfügung gestellt werden kann.
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Die 3 zeigt ein Steuergerät 30 mit der ersten Leiterplatte 1 und der zweiten Leiterplatte 10, wobei die beiden Leiterplatten 1, 10 über die Schnittstellen 4, 13 miteinander verbunden sind. Hier ist ersichtlich, dass die zweite Leiterplatte 10 in einem rechten Winkel zur ersten Leiterplatte 1 steht und die als Platinenrandkontaktierung ausgebildete Schnittstelle 13 in die als Steckerleiste ausgebildete Schnittstelle 4 eingestellt wurde. Somit kann Bauraum in der Höhe ausgenutzt werden. Die zweite Leiterplatte 10 kann für die jeweilige Funktion, die durch sie realisiert werden soll, optimiert werden. Insbesondere kann sie hinsichtlich Lagenaufbau, einseitiger oder doppelseitiger Bestückung, Kühlung, etc. optimiert werden. Beispielsweise kann die zweite Leiterplatte 10 eine eigene Kühlung aufweisen oder thermisch an ein Gehäuse 31 des Steuergeräts 30 angebunden sein, um dadurch eine Kühlung zu bewirken. Das Gehäuse 31 kann zerstörungsfrei geöffnet und geschlossen werden, um z. B. die zweite Leiterplatte 10 wechseln zu können.
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Die Schnittstelle 5 kann anders aufgebaut sein als die Schnittstelle 4, sodass über die Schnittstelle 5 andere zweite Leiterplatten mit anderen Zusatzfunktionen mit der Leiterplatte 1 verbunden werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013221926 A1 [0003]
