DE102020116621A1

DE102020116621A1 - Telematikvorrichtung und kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020116621A1
Application number: DE102020116621.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Arendt; Omid Pahlevan Sharif; Guenter Rohr; Markus Wudy
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2021-12-30
Also published as: CN115668639A; US20230231304A1; WO2021259920A1

Abstract

Beispiele betreffen eine Telematikvorrichtung (10) umfassend ein Gehäuse (10a), eine erste Platine (11) und eine zweite Platine (12). Auf der ersten Platine (11) ist eine Steuereinheit (11a) der Telematikvorrichtung (10) angeordnet. Auf der zweiten Platine (10) ist zumindest eine Antenne (14) der Telematikvorrichtung (10) angeordnet. Die erste Platine (11) und zweite (12) Platine sind gemeinsam in dem Gehäuse (10a) angeordnet und mittels zumindest eines elektrischen Verbindungselementes (15) gekoppelt. Weitere Beispiele betreffen ein Kraftfahrzeug umfassend eine derartige Telematikvorrichtung (10).

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele betreffen eine Telematikvorrichtung mit einem Gehäuse. Eine derartige Telematikvorrichtung kann beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, um Funkverbindungen des Kraftfahrzeugs mittels verschiedener Funkstandards zu ermöglichen. Entsprechend betrifft ein Ausführungsbeispiel ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Telematikvorrichtung.
Hintergrund
Moderne Kraftfahrzeuge sind mit einer Vielzahl von Vernetzungstechnologien ausgestattet. Diese ermöglichen die Konnektivität des Fahrzeugs mit der Außenwelt, z.B. über Mobilfunk (z.B. 3G, 4G oder 5G) oder sogenannte V2X (Vehicle-To-X)-Funktechnologien. Verbindungen zwischen Fahrzeug und einem Nutzer bzw. dessen Mobilgerät können bspw. über Bluetooth oder Wi-Fi (z.B. lokale Funkstandards) stattfinden; eine Positionierung des Fahrzeugs kann über satellitengestützte Ortungssysteme, z.B. GNSS (Global Navigation Satellite Systems) ermöglicht werden. Dabei stellt ein Telematiksteuergerät (Abk.: TCU: telematics control unit) ein zentrales Connectivity-Gateway dar. Unter anderem kann eine E-Call (emergency call) Funktionalität (z.B. automatische Notruffunktion) über die TCU realisiert werden.
Telekommunikationsmodule oder Telematik-Steuergeräte unterliegen für gewöhnlich den Entwicklungszyklen von Fahrzeugen (z.B. vier bis fünf Jahre), wohingegen Unterhaltungselektronik kürzeren Entwicklungszyklen unterliegt (z.B. ein Jahr). Im Vergleich zu Unterhaltungselektronik können Fahrzeuge deshalb mitunter nicht aktuelle (d.h. state of the art) Kommunikationstechnologien bereitstellen bzw. unterstützen.
Die längeren Lebenszyklen von Fahrzeugen (z.B. bis zu zehn Jahre) machen es zudem mitunter schwierig, auf die Lebensenden von Kommunikationstechnologien, die durch Betreiber mobiler Kommunikationsnetzwerke bestimmt werden, zu reagieren. Das Lebensende einer Kommunikationstechnologie erfordert die Aktualisierung des Telekommunikationsmoduls eines bereits im Betrieb befindlichen Fahrzeugs, um auch neue (zukünftige) Mobilitätsfunktionen zu unterstützen.
Ein Austausch des Telematiksteuergeräts kann in manchen Fällen jedoch aus Kompatibilitätsgründen nicht möglich oder sehr kostenintensiv sein. Beispielsweise können Änderungen im Telematiksteuergerät zu einer notwendigen neuen Zertifizierung führen, sodass diese nach erfolgreicher Zertifizierung der Komponente in der Regel vermieden werden sollten. Änderungen einer Telematikeinheit im Fahrzeugbereich können somit zu hohen Zusatzaufwänden führen. Dies stellt insbesondere in Hinsicht auf die zuvor erwähnten unterschiedlichen Entwicklungszyklen im Vergleich zwischen Unterhaltungsindustrie (z.B. Mobilfunkgeräte) und Automobilindustrie Schwierigkeiten dar.
Zusammenfassung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, verbesserte Konzepte für Telematikvorrichtungen insbesondere zum Einsatz in Fahrzeugen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie in Verbindung mit den Figuren beschrieben.
Entsprechend wird eine Telematikvorrichtung mit einem Gehäuse vorgeschlagen. Insbesondere ist die Telematikvorrichtung zum Einsatz in einem Fahrzeug ausgebildet. Die Telematikvorrichtung umfasst eine erste Platine, wobei auf der ersten Platine eine elektronische Steuereinheit der Telematikvorrichtung angeordnet ist. Die Telematikvorrichtung umfasst ferner eine zweite Platine, wobei auf der zweiten Platine zumindest eine Antenne der Telematikvorrichtung angeordnet ist. Die erste Platine und zweite Platine sind gemeinsam in dem Gehäuse angeordnet und mittels zumindest eines elektrischen Verbindungselementes gekoppelt. Beispielsweise können auch weitere separate Platinen (z.B. dritte und/oder vierte Platine) mit je einer oder mehreren Antennen bereitgestellt sein, die je mit der ersten Platine gekoppelt sein können.
Durch die Trennung der ersten Platine von der zweiten Platine kann ein modularer Aufbau der Telematikvorrichtung, z.B. eines Telematiksteuergerätes in einem Fahrzeug, erreicht werden.
Gleichzeitig kann durch das Verwenden des gemeinsamen Gehäuses z.B. eine Baugröße der Telematikvorrichtung verringert werden. Die Anforderungen an die erste Platine (z.B. PCB; printed circuit board) mit der elektronischen Steuereinheit können sich von den Anforderungen an die zweite Platine unterscheiden. Durch den modularen Aufbau können vorteilhafterweise z.B. verschiedene Platinen eingesetzt werden, was eine verbesserte Funktion und/oder reduzierte Gesamtkosten bewirken kann. Für Antennen kann insbesondere bei der Verwendung in Fahrzeugen eine effektive Höhe (z.B. ausgehend von einer metallischen Grundplatte des Gehäuses) ein wichtiger Aspekt sein. Beispielsweise kann die erste Platine beidseitig bestückt sein, und durch die Trennung zumindest der ersten und zweiten Platine z.B. eine Versetzung der beiden Platinen in z-Richtung (d.h. in Richtung der Höhe des Gehäuses) möglich sein. Damit kann z.B. auch bei beidseitiger Bestückung der ersten Platine eine Gesamthöhe des Gehäuses allein von einer Höhe der Antenne abhängen (z.B. kann eine vertikale Erstreckung der beidseitig bestückten Platine geringer sein als eine vertikale Erstreckung der Antenne, wobei beide Elemente in vertikaler Richtung komplett überlappend angeordnet sein können). Ferner kann bei Bedarf eine einzelne der beiden Platinen ersetzt werden, sollten sich z.B. Anforderungen an die Funkstandards ändern. Mit anderen Worten muss im Bedarfsfall nicht die gesamte Telematikvorrichtung ausgetauscht werden. Zum Beispiel kann lediglich die erste Platine mit der elektronischen Steuereinheit getauscht werden und die zweite Platine mit der zumindest einen Antenne beibehalten werden, wodurch eine Neuentwicklung und/oder erneute Zertifizierung und/oder Validierung der zweiten Platine vermieden werden kann.
Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Telematikvorrichtung vorgeschlagen. Ein Vorteil kann sein, dass die Telematikvorrichtung flexibel geändert, z.B. aktualisiert werden kann, z.B. ohne dass weitere (etwa geometrierelevante) Änderungen im Kraftfahrzeug nötig wären (z.B. Anpassung des Bauraums für die Telematikvorrichtung). Dadurch kann z.B. eine Anpassung eines langlebigen Kraftfahrzeugs an jeweils aktuelle, kurzlebigere Funkstandards erleichtert werden, sodass eine Konnektivität des Kraftfahrzeugs mit je aktuellen Funkgeräten mittels der modularen Telematikvorrichtung ermöglicht werden kann.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Beispiel einer Telematikvorrichtung;
2 ein schematisches Beispiel einer Telematikvorrichtung mit einer Aussparung in einer Platine der Telematikvorrichtung;
3 ein schematisches Beispiel einer Telematikvorrichtung mit zwei separaten Antennenplatinen;
4a, b ein Beispiel eines modular aufgebauten Telematiksteuergerätes;
5 ein Beispiel eines modular aufgebauten Telematiksteuergerätes mit einer ersten Antennenplatine für Mobilfunkantennen und einer zweiten Antennenplatine für eine Antenne eines Satelliten-Navigationssystems; und
6 ein Beispiel einer Telematikvorrichtung mit sowohl auf der Antennen-Platine als auch auf der ECU-Platine angeordneten Antennen.

Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein. Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen.
Ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst.
Konzepte der Fahrzeug Connectivity-Architektur sind beispielweise so konzipiert, sodass Antenne und Telematiksteuergerät (telematics control unit; kurz TCU) als zwei separate Komponenten (z.B. in getrennten Gehäusen) ausgeführt sind. Diese können direkt miteinander (z.B.
Dachantenne und Dach-TCU) oder über Koaxialkabel verbunden sein. Erstere Variante kann die durch die Koaxialkabel verursachte Signaldämpfung reduzieren, um den Signalempfang bzw. die Signaltransmissionsperformance zu erhöhen. Beispielsweise kann eine Integration von Mobilfunk-, GNSS- und SDARS-Antennen in das Volumen des Telematiksteuergeräts vor (z.B. in einem einzigen Modul) vorgesehen werden, z.B. um elektrische Verluste, welche durch Steckverbindungen in das System eingeführt würden, zu reduzieren und das geometrische Package des Systemverbunds (z.B. das Einbauvolumen) sowie den mit der Montage des Systems verbundenen Aufwand zu reduzieren. Derartig ausgeführte Module werden z.B. rohbaufest analog oder direkt an der Dachaußenhaut des Fahrzeugs befestigt.
Derartige Konzepte haben teils große Einflüsse auf die Gestaltung des Integrationsvolumens (z.B. Einbauvolumen) im Fahrzeug. Da dieses für Antennensysteme und Telematikgeräte üblicherweise im Dachbereich des Kraftfahrzeugs ausgewählt wird und das Modul nicht durch elektrisch abschirmende Komponenten wie z.B. Blech oder CFK abgedeckt werden darf, um eine starke Abschirmung der Signalleistung zu vermeiden, müssen z.B. entsprechende Glas- bzw. Kunststoffflächen im Exterieur-Design des Fahrzeuges berücksichtigt werden. Dies führt z.B. dazu, dass Telematikmodule mit integrierten Antennenkomponenten von Anfang an in der Fahrzeugplanung berücksichtigt werden sollten. Eine Integration derartiger Konzepte in bereits bestehende Fahrzeugdesigns kann z.B. zu einer Vervielfachung des Entwicklungs-Aufwandes führen und somit kostenintensiv sein.
Im Folgenden werden Konzepte beschrieben, die durch einen modularen Aufbau des Telematiksteuergerätes z.B. flexibel angepasst werden können. Dabei ist es möglich, bei Bedarf nur einzelne Komponenten zu wechseln, andere jedoch weiterzuverwenden, sodass für ein Update des Telematiksteuergerätes nicht das gesamte Gerät neu entwickelt werden muss.
1 zeigt entsprechend eine schematische Darstellung einer Telematikvorrichtung 10 umfassend ein Gehäuse 10a. Die Telematikvorrichtung 10 umfasst ferner eine erste Platine 11, wobei auf der ersten Platine 11 eine Steuereinheit 11a der Telematikvorrichtung 10 angeordnet ist. Die Telematikvorrichtung 10 umfasst ferner eine zweite Platine 12, wobei auf der zweiten Platine 12 zumindest eine Antenne 14 der Telematikvorrichtung 10 angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Platine 11 und zweite Platine 12 gemeinsam in dem Gehäuse 10a angeordnet sind und mittels zumindest eines elektrischen Verbindungselementes 15 (z.B. Platinen-Konnektor) gekoppelt sind.
Die Telematikvorrichtung 10 kann ein Telematiksteuergerät mit integrierter Antenne für ein Kraftfahrzeug ausbilden. Vorteilhafterweise kann durch den modularen Aufbau mit getrennten Platinen 11, 12 (z.B. PCBs; printed circuit boards) eine höhere Flexibilität hinsichtlich des Einsatzes aktuellerer Komponenten erreicht werden. Beispielsweise muss bei Bedarf nur eine der beiden Platinen ausgetauscht werden, insofern die andere Platine noch aktuell ist.
Beispielsweise kann die erste Platine 11 eine höhere Anzahl von Layern aufweisen als die zweite Platine 12. Layer in Platinen beschreiben dabei die elektrisch leitfähigen Lagen in Platinen, die übereinander gestapelt sind. Sogenannte Multi-Layer-Platinen können z.B. weniger Bauraum benötigen und/oder eine verbesserte Funktion der Platine bereitstellen. Jedoch sind Platinen mit mehr Layern kostenintensiver. Der getrennte Aufbau kann ermöglichen, für die jeweilige Platine nur so viele Layer einzusetzen wie tatsächlich benötigt. Zum Beispiel kann die zweite Platine 12 mit der Antenne 14 weniger Layer benötigen als die erste Platine 11 mit der elektronischen Steuereinheit 11a.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine Unterseite der ersten Platine gegenüber einer Unterseite der zweiten Platine nach oben versetzt angeordnet ist. Dabei kann die erste Platine an deren Oberseite und Unterseite mit elektronischen Komponenten bestückt sein. Beispielsweise kann die Antenne der zweiten Platine eine größere Höhe aufweisen, als die erste Platine und die erste Platine kann mittig bezogen auf eine Höhenerstreckung der Antenne angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Bauraum im Gehäuse 10a z.B. besser genutzt werden. Durch den höhenversetzen Einbau der ersten Platine kann z.B. die Gesamtgröße des Gehäuses 10a und somit der Telematikvorrichtung 10 verringert werden. Zum Beispiel kann auch durch die beidseitige Bestückung auch eine bessere Wärmeableitung von der ersten Platine ermöglich werden (z.B. mittels einer metallischen Grundplatte der Telematikvorrichtung 10).
Beispielsweise sind auf der zweiten Platine 12 zumindest zwei Antennen 14, 14a angeordnet. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Antennen auf der zweiten Platine 12 montiert sein. Dabei können die zumindest zwei Antennen an je verschiedenen Eckbereichen der zweiten Platine angeordnet sein. Eine derartige Anordnung kann eine vorteilhafte Funktion der Funkeigenschaften ermöglichen (z.B. für verbesserte gleichzeitige Nutzung der Antennen).
Beispielsweise sind die zumindest zwei Antennen 14, 14a der zweiten Platine 12 für den Betrieb in zumindest zwei unterschiedlichen Funkstandards ausgebildet. Beispielsweise ist die Telematikvorrichtung 10 zum Betrieb in zumindest einem Funkstandard aus einem Mobilfunkstandard, einem lokalen Funknetzstandard oder einem satellitengestützten Funkstandard ausgebildet. Somit kann die erste Antenne 14 eine Mobilfunkantenne sein (z.B. LTE-Antenne) und die zweite Antenne 14a eine Antenne für ein satellitengestütztes Navigationssystem sein (z.B. GNSS-Antenne oder HP (high precision)-GNSS-Antenne für die Ausführung eines High Precision (HP) GNSS-Funkstandards). Im Allgemeinen können Funkstandards wie Mobilkommunikationsstandard des 3GPP (wie etwa 2G, 3G, 4G oder 5G), Standards für ein drahtloses lokales Netzwerk (engl. Wireless Local Area Network, WLAN; etwa gemäß dem Standard IEEE 802.11 des Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE), Standards für Datenübertragung über kurze Distanzen (wie etwa IEEE 802.15, auch bekannt als Bluetooth), und/oder auch Standards zur Nahfeldkommunikation (Near Field Communication, NFC) vorgesehen sein. Ferner können z.B. Funkstandards wie SDARS (Satellite Digital Audio Radio Services) für Satellitenradio und/oder C2X/V2X (car-to-X/vehicle-to-X) und/oder DSRC (Dedicated Short Range Communication) für direkte car-to-car oder car-to-infrastructure Kommunikation vorgesehen sein.
2 zeigt ein schematisches Beispiel einer Telematikvorrichtung 20 mit einer Aussparung 21 in der zweiten Platine 12 der Telematikvorrichtung 20. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Platine zumindest teilweise innerhalb der Aussparung der zweiten Platine angeordnet ist (im Beispiel der 2 ganz in der Aussparung 21 angeordnet). Die Anordnung der ersten Platine 11 in der Aussparung 21 kann ermöglichen, den vorhandenen Bauraum besonders gut auszunutzen. Beispielsweise ist die zweite Platine rechteckig und die Aussparung ist an einer Seite des Rechtecks mittig vorgesehen. Auf diese Weise können z.B. an den Eckbereichen der zweiten Platine 12 auch an der Seite der Aussparung 21 jeweils Antennen angeordnet werden, wobei der freie mittlere Bereich zur Anordnung der ersten Platine 11 effizient genutzt werden kann. Eine derartige Anordnung der Antennen (z.B. Mobilfunkantennen) kann zu einer verbesserten Funktion der Telematikvorrichtung 20 führen, da eine verbesserte Dekorrelation der Antennen und/oder ein größerer Abstand der Antennen zueinander erreicht werden kann.
Beispielsweise kann die zweite Platine 12 zumindest eine weitere Aussparung aufweisen. In der weiteren Aussparung kann z.B. eine weitere (z.B. dritte Platine) angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann in der weiteren Aussparung z.B. eine Batterie angeordnet sein, die eine autarke Funktion der Telematikvorrichtung 20 auch bei Trennung vom Bordnetz eines Fahrzeugs ermöglichen kann. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Notruffunktion auch im Fall einer Trennung der Telematikvorrichtung 10 vom Bordnetz des Fahrzeugs möglich sein.
Beispielsweise können mehrere Mobilfunkantennen bereitgestellt sein, um eine parallele Nutzung für höhere Datenraten oder eine redundante Nutzung für besseren Empfang zu ermöglichen. Die erste Platine 11 kann mittels einer einzigen elektrischen Verbindung 15 (z.B. Stecker; z.B. Board-to-Board-(B2B) Konnektor) erfolgen, jedoch können z.B. zur Reduzierung von Leitungsverlusten auch mehrere elektrische Verbindungselemente genutzt werden. 2 zeigt die Möglichkeit, zusätzlich ein zweites Verbindungselement 15 zu nutzen, z.B. um entsprechende Leitungsweglängen zwischen jeweiligen Antennen der zweiten Platine 12 und der elektronischen Steuereinheit 11a der ersten Platine 11 zu realisieren. Die erste und zweite Platine 11, 12 können somit mittels zweier oder mehrerer separater elektrischer Verbindungselemente 15, 15a gekoppelt sein.
Beispielsweise kann die erste Platine 11 der Telematikvorrichtung 20 zumindest einen Stecker 22 (z.B. Anschlusselement) aufweisen, der an einer Außenseite 23 der ersten Platine 11 angeordnet ist, wobei der zumindest eine Stecker 22 einen Außenanschluss der Telematikvorrichtung 20 ausbildet. Vorteilhafterweise sind mehrere, verschiedene Stecker an der Außenseite 23 vorgesehen. Dadurch kann ein Anschluss der Telematikvorrichtung 20 an ein Kraftfahrzeug, z.B. einen Kabelbaum des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden. Vorteilhafterweise weist die Telematikvorrichtung 20 nur an der einen Außenseite 23 Außenstecker auf, sodass die Telematikvorrichtung 20 besonders einfach montiert werden kann.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend (z.B. 1) oder nachstehend (z.B. 3-6) beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
3 zeigt ein schematisches Beispiel einer Telematikvorrichtung 30 mit zwei separaten Antennenplatinen. Entsprechend weist die Telematikvorrichtung 30 eine dritte Platine 13 auf, auf der zumindest eine Antenne 31 der Telematikvorrichtung 30 angeordnet ist. Die Antenne 31 kann einen selben Mobilfunkstandard unterstützen wie die Antenne 14 und/oder Antenne 14a der zweiten Platine 12. Alternativ können jedoch die Antennen der verschiedenen Antennen-Platinen für je unterschiedliche Anwendungen ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Antenne 14 der zweiten Platine 12 zum Betrieb in einem Mobilfunkstandard ausgebildet sein und die Antenne 31 der dritten Platine 13 zum Betrieb in einem satellitengestützten Funkstandard ausgebildet sein. Mit anderen Worten können z.B. eine Mobilfunkantenne und eine GNSS-Antenne der Telematikvorrichtung 30 auf unterschiedlichen Platinen, z.B. Antennen-PCBs, angeordnet sein. Zur weiteren Erhöhung der Modularität kann es möglich sein, noch weitere separate Antennen-Platinen bereitzustellen, sodass z.B. jede Antenne der Telematikvorrichtung 30 auf einer eigenen, separaten Platine angeordnet sein kann. Die dritte Platine 13 ist entsprechend der notwendigen Verbindung zur ersten Platine 11 mit der Steuereinheit mittels eines Verbindungselements 32 mit dieser gekoppelt.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend (z.B. 1-2) oder nachstehend (z.B. 4a-6) beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
4a und 4b zeigen ein Beispiel eines Telematik-Steuergerätes 40 (z.B. Telematikvorrichtung) in Draufsicht und Seitenansicht. Das Telematik-Steuergerät 40 weist eine erste Platine 41 auf, die in einer Aussparung einer zweiten Platine 42 angeordnet ist. Die erste Platine kann eine Steuerelektronik umfassen und daher als ECU-Platine (Abk.: electronic control unit) oder ECU-PCB (printed circuit board) bezeichnet werden. Auf der zweiten Platine 42 sind Antennen 43, 44, 45 angeordnet, daher kann die zweite Platine 42 als Antennen-Platine oder Antennen-PCB bezeichnet werden. Die äußeren Antennen 43 können Mobilfunkantennen sein, die weiteren Antennen 44, 45 können Antennen für satellitengestützte Navigationssysteme sein, z.B. eine GNSS-Antenne und/oder optional eine SDARS-Antenne (z.B. Antenne 44). Auf der Antennen-Platine 42 kann ferner eine weitere Elektronik 46 angeordnet sein (z.B. Halbleiterbauelement). Die erste Platine 41 weist ein Verbindungselement 15a auf und die zweite Platine 42 weist ein Verbindungselement 15b auf, um eine Signalverbindung der Platinen zu ermöglichen (z.B. Board-to-Board-Connector). An der Außenseite der ersten Platine 41 (z.B. eine Außenseite des Telematik-Steuergerätes 40) sind Außenanschlüsse 47a (z.B. MQS (Micro Quadlock System) oder Nano-MQS), 47b (z.B. Bussystemanschluss; z.B. LIN-Bus; z.B. CAN-Bus; z.B. Ethernet), 47c (z.B. Koaxialsteckverbinder, z.B. nach FAKRA (Facharbeitskreis Automobil) Standard ausgebildet) angeordnet (z.B. Steckverbindungsanschlüsse).
In der Ausführungsform gemäß 4a wird ein modularer Aufbau realisiert, der eine Trennung der Electronic Control Unit (ECU; elektronische Steuereinheit)-PCB von der PCB mit den Antennenkomponenten vorsieht. Die beiden PCBs werden mit einer Schnittstelle, vorzugsweise einem Board-to-Board (B2B) Konnektor verbunden. Die Positionierung des B2B-Konnektors sowie der Antennenkomponenten ist z.B. so gewählt, dass die Verbindungsleitungen, vorzugsweise Mikrostreifenleitungen, auf so kurzem Wege wie möglich über das Leiterplattenmaterial, z.B. FR4, geführt werden, um die Dämpfungsverluste, insbesondere bei hohen Frequenzen (Kommunikation in hohen Frequenzbändern) reduzieren zu können. Ein Beispielaufbau (Draufsicht) für das beschriebene Ausführungsbeispiel ist in 4a dargestellt.
Die ECU-PCB ist z.B. mit Steckern für den Anschluss an das Bordnetz sowie einen Fahrzeugbus bestückt. Ein zusätzlicher Anschluss für externe Antennen (Mobilfunk, V2X, etc.) bzw. die Durchleitung des SDARS Signals (z.B. für Anwendungen in USA) an ein Tuner-Steuergerät (z.B. ein 4-fach FAKRA) kann die externen Anschlüsse komplettieren. Mit anderen Worten kann das Telematik-Steuergerät 40 ausgebildet sein, sodass z.B. weitere externe Antennen (d.h. außerhalb des Gehäuses des Telematik-Steuergeräts 40) mit der Steuereinheit verbunden werden können. Da die Steuergeräte-PCB z.B. an einer Seite, z.B. der kurzen Seite des Steuergerätegehäuses (z.B. Außenseite 23), verortet ist, stehen alle externen Konnektoren beispielsweise zu einer Gehäuse-Seite der TCU (z.B. Telematikvorrichtung, z.B. Telematik-Steuergerät) heraus.
Der Modulare Aufbau der TCU (z.B. hinsichtlich der Trennung der Platinen; mindestens Trennung in ECU- und Antennen-PCB) ermöglicht es beispielsweise, dass die ECU-PCB in mehreren TCU-Varianten (durch versch. Bestückungsvarianten) eingesetzt werden kann. Dabei kann ein B2B-Konnektor genutzt werden, welcher die direkte Verbindung mit der Antennen PCB gewährleistet. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Antennen PCB 41 mindestens eine, vorzugsweise vier Mobilfunkantennen 43 (z.B. MIMO1, MIMO2, MIMO3, MIMO4) sowie eine GNSS Antenne 45, vorzugsweise eine gestackte GNSS-Antenne für den Empfang von mehreren GNSS Frequenzbändern (z.B. L1/L2/L5/RTK). Optional kann eine SDARS Antenne 44 vorgesehen sein. Zudem ist in der Ausgestaltung von der Antennen-PCB 42 z.B. eine Aussparung (z.B. zusätzlich zur Aussparung für die ECU-PCB) zur Einbringung einer Backup-Batterie (z.B. eCall ohne Bordnetzverbindung) in dem Gesamtgehäuse vorgesehen.
4b zeigt ferner die Seitenansicht des Telematik-Steuergerätes 40. Die erste Platine 11 mit den ECU-Bauteilen (z.B. einseitig oder, alternativ, beidseitig bestückt), kann in das Steuergeräte-Gehäuse (z.B. Gehäuse 10a) eingebracht werden (Verschraubung, Einschub, etc.). Beispielsweise kann das Telematik-Steuergerät 40 eine metallische Grundplatte 48 aufweisen. Konzeptabhängig kann eine metallische Grundplatte 49 auch unterhalb der Antennen 43 (z.B. Mobilfunkantennen) angeordnet sein. Beispielsweise kann eine einzige metallische Grundplatte als Boden des Telematik-Steuergerätes 40 bereitgestellt sein.
Vorzugsweise sind die Antennen-PCB 42 (z.B. zweite Platine 12) und die ECU-PCB 41 (z.B. erste Platine 11) räumlich in z-Richtung versetzt (z.B. in Richtung der Höhe des Gehäuses wie in 4b zu erkennen ist), um für die Antennenfunktion möglichst viel Höhe vorhalten zu können und trotzdem eine beidseitige Bestückung der ECU-PCB 41 zu ermöglichen. Die Antennen-PCB 42 kann den gesamten oder, wenn vorteilhaft für die Antennenfunktion, nur einen Teilbereich der TCU-Gehäusefläche ausfüllen. Das Aussparen der Antennen-PCB 42 an geeigneten Stellen (siehe auch 4b) kann einerseits zur Gewichts- und Kostenreduktion genutzt werden, andererseits kann die eingesparte Höhe für die Antennenfunktion von Vorteil sein. Die Antennenfunktion kann außerdem mit bewusst gesetzten Aussparungen in der metallischen Unterseite des TCU-Gehäuses abgestimmt/verbessert werden. Zudem kann die Antennenplatine 42 mit weniger Layern als die ECU-PCB 41 realisiert werden. Dies kann z.B. eine Kostenersparnis ermöglichen.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 4a, 4b gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend (z.B. 1-3) oder nachstehend (z.B. 5-6) beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Telematik-Steuergerätes 50 mit drei separaten Platinen 41, 42, 51. Dabei ist wie im Beispiel der 4a,b die zweite Platine 42 zur Anordnung von mehreren Mobilfunkantennen 43 vorgesehen während die Antenne 45 für ein satellitengestütztes Navigationssystem auf der separaten dritten Platine 51 angeordnet ist. Dadurch wird die Modularität des Telematik-Steuergerätes 50 weiter erhöht. Beispielsweise kann die zweite Platine 42 oder deren Antennentechnik geändert werden, ohne jedoch die Antenne 45 ändern zu müssen. Entsprechend der Anforderungen an die Signalverbindung zwischen erster Platine 41 und dritter Platine 51 sind weitere Verbindungselemente 15c, 15d bereitgestellt, die eine entsprechende Platinenverbindung ermöglichen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Antennen für Satellitendienste (GNSS, z.B. SDARS für Betrieb in USA) auf einer zusätzlichen, separaten PCB verortet, sodass das Gehäuse 10a des Telematikmoduls (z.B. Telematikvorrichtung 10) in Summe drei PCBs im Rahmen einer modularen Architektur beinhaltet (ECU-PCB, z.B. die erste Platine 11, 41; Mobilfunk/WIFI/V2X-Antennen PCB, z.B. die zweite Platine 12, 42; GNSS und/oder SDARS-Antennen PCB, z.B. die dritte Platine 13, 51).
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend (z.B. 1-4b) oder nachstehend (z.B. 6) beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
6 zeigt ein Beispiel einer weiteren Telematikvorrichtung 60, wobei die erste Platine 41 in einem freien Eckbereich der zweiten Platine 42 angeordnet ist. Im Gegensatz zum Beispiel der 4a oder 5 ist eine der vier Antennen 43 statt auf der Antennen-Platine 42 gemeinsam mit der elektronischen Steuereinheit (nicht dargestellt) auf der ECU-Platine 41 angeordnet. Alternativ zur gezeigten Darstellung kann es möglich sein, die Steckverbindungen der Außenanschlüsse 47a, 47b, 47c anders anzuordnen, sodass die Antenne 43 im äußeren Eckbereich (links oben; z.B. Eckbereich des Gehäuses) der ECU-Platine angeordnet sein kann, etwa um eine bessere Antennenfunktion zu erreichen.
Die Antenne (z.B. Mobilfunkantenne) 43, die auf der ECU-PCB 41 angeordnet ist kann z.B. bei benötigter E-Call-Funktion verwendet werden, um einen Notruf auszusenden. Im normalen Betrieb (z.B. wenn E-Call-Funktion nicht benötigt ist) kann die Antenne 43 der ECU-PCB 41 als vierte Antenne für das Mehrantennensystem verwendet werden (z.B. ist ein Betrieb wie auch in den in 4a und 5 gezeigten Beispielen möglich). Beispielsweise kann sich bei der gezeigten Telematikvorrichtung 60 als Vorteil ergeben, dass die auf der ECU-Platine 41 angeordnete Antenne 43 auch in dem Fall verwendet werden kann, wenn die Verbindungselemente 15a, 15b, 15c, 15d keine Verbindung der beiden Platinen ermöglichen (z.B. getrennte Verbindungselemente; z.B. Defekt).
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend (z.B. 1-5) oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das GNSS Patch/die GNSS Patches in Verbindung mit einem Positioning Receiver auf einer separaten PCB (separat zur Antennen und ECU-PCB) ausgeführt werden. Die modulare Auftrennung kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen weiter ausgestaltet werden, z.B. jede einzelne Antennenkomponente auf einer separaten Platine an die ECU-PCB angebunden werden. Auch ein modularer Aufbau der Steuerelektronik (z.B. Steuereinheit 11a) auf der ECU-PCB (z.B. erste Platine 11) kann vorteilhaft sein.
Die im vorigen gezeigten Beispiele betreffen die Modularität eines Telematiksteuergerätes in Bezug auf Antennen- und Steuergerät-Platine. Mit anderen Worten wird z.B. eine modulare TCU (Telematiksteuergerät)-Architektur vorgeschlagen.
Die vorgestellten Konzepte ermöglichen z.B. die Verwendung von einer ECU-PCB Variante (zum Beispiel die erste Platine 11) für verschiedene TCU-Varianten in variierenden Gehäusen. Durch die vorgestellten Konzepte kann eine Kompatibilität ein und derselben der ECU-PCB (z.B. mit unterschiedlichen Bestückungsvarianten) mit internen, im TCU-Gehäuse integrierten Antennen, einer direkt kontaktierten (Dach)-Antenne und/oder mit externen (verteilten) Antennenkomponenten ermöglicht werden. Ein und dieselbe (z.B. fertig entwickelte und zertifizierte) ECU-PCB kann somit beispielsweise für neu entwickelte als auch für bestehende Fahrzeuge eingesetzt werden. Dies kann etwa Zertifizierungs- und Entwicklungsaufwände reduzieren.
Durch die Verwendung derselben PCB können z.B. entsprechend höherer Stückzahlen mit entsprechenden Kosteneinsparungen erreicht werden. Beispielsweise kann dieselbe Software wiederverwendet werden. Durch die Modularität kann z.B. eine Zertifizierung auf einzelne (z.B. neu entwickelte) Teilkomponenten, die ausgetauscht werden sollen, reduziert werden. Zum Beispiel ermöglicht Sie das Upgrade auf neuere Technologie Standards in einzelnen Modulen ohne die erneute Zertifizierung aller bestehenden Komponenten notwendig zu machen. Die Modularität ermöglicht z.B. eine bessere Platznutzung im Steuergerät (TCU), da einzelne Elemente auf mehreren Ebenen untergebracht werden können. Da sich die Höhe der TCU z.B. an der Größe der Stecker (z.B. Ausgangsstecker) orientiert, ist hier bei Verwendung einer einzelnen PCB (Leiterplatte) meist viel Leerraum im Gehäuse, der ungenutzt bleibt.
Mehre PCBs können vorteilhaft anforderungsgerechter ausgelegt werden. So kann die größere Antennen-PCB beispielsweise mit zwei Layern ausgeführt werden, wohingegen die ECU-PCB sechs oder mehr Layer benötigt. Die teurere PCP mit mehr Layern muss somit nicht für alle Komponenten verwendet werden, was Kosten reduzieren kann.
Gemäß Beispielen können z.B. zertifizierungsrelevante Anteile, relevante Anteile für die funktionale Sicherheit und/oder Anteile, die über einen längeren Zeitraum und auch in verschiedenen Gesamtsystemen (z.B. Fahrzeugprojekte) änderungsfrei verbleiben müssen oder eine längere Entwicklungszeit benötigen als, starre generische Anteile' von den restlichen Anteilen getrennt werden. Zu den starren Anteilen gehören zum Beispiel die Notruf-Anteile, sowie die V2X (Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug, Infrastruktur und/oder weiteren Teilnehmern)-Anteile, Anteile für Hochgenaue-Positionierung (z.B. GNSS) und Anteile für die funktionale Sicherheit. Die hochgenaue Positionierung und damit gebundenen Anteile der funktionalen Sicherheit findet z.B. bei autonomen Fahren Verwendung. Es können z.B. Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Zertifizierungsklassen vermieden werden. Anteile oder Bestandteile, die an das Gesamtsystem (z.B. Fahrzeug) angepasst werden müssen oder einen kürzeren und agileren Entwicklungszyklus besitzen, gewinnen dadurch an Flexibilität und vereinfachen und vergünstigen die Variantenbildung sowie Updatefähigkeit und Weiterentwicklung. Allgemein formuliert kann durch die Trennung solcher starren generischen Anteile des Systems (z.B. der Telematikvorrichtung 10) von den agilen systemgebundenen Anteilen z.B. Flexibilität gewonnen, Kosten reduziert, eine Wiederverwendung einzelner Anteile ermöglicht und/oder der Entwicklungszyklus verkürzt oder vereinfacht werden.

Claims

Telematikvorrichtung (10) umfassend: ein Gehäuse (10a), eine erste Platine (11), wobei auf der ersten Platine (11) eine elektronische Steuereinheit (11a) der Telematikvorrichtung (10) angeordnet ist; und eine zweite Platine (12), wobei auf der zweiten Platine (12) zumindest eine Antenne (14) der Telematikvorrichtung (10) angeordnet ist, wobei die erste Platine (11) und zweite (12) Platine gemeinsam in dem Gehäuse (10a) angeordnet sind und mittels zumindest eines elektrischen Verbindungselementes (15) gekoppelt sind.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Platine (12) eine Aussparung (20) aufweist und die erste Platine (11) zumindest teilweise innerhalb der Aussparung (21) der zweiten Platine (12) angeordnet ist.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Platine (11) eine Multi-Layer-Platine ist und eine höhere Anzahl von Layern aufweist als die zweite Platine (12).
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Unterseite der ersten Platine (11) gegenüber einer Unterseite der zweiten Platine (12) nach oben versetzt angeordnet ist, wobei die erste Platine (11) an deren Oberseite und Unterseite mit elektronischen Komponenten bestückt ist.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Platine (11) zumindest einen Stecker (22) aufweist, der an einer Außenseite (23) der ersten Platine (11) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Stecker (22) einen Außenanschluss der Telematikvorrichtung (10) ausbildet.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Platine (11) und die zweite Platine (12) mittels zumindest zweier separater elektrischer Verbindungselemente (15) gekoppelt sind.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der zweiten Platine (12) zumindest zwei Antennen (14, 14a, 43) angeordnet sind.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß Anspruch 7, wobei die zumindest zwei Antennen (14, 14a, 43) an je verschiedenen Eckbereichen der zweiten Platine angeordnet sind.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die zumindest zwei Antennen (14, 14a, 43) für den Betrieb in zumindest zwei unterschiedlichen Funkstandards ausgebildet sind.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Telematikvorrichtung (10) zum Betrieb in zumindest einem Funkstandard aus einem Mobilfunkstandard, einem lokalen Funknetzstandard oder einem satellitengestützten Funkstandard ausgebildet ist.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Platine (12) zumindest eine weitere Aussparung aufweist, wobei in der weiteren Aussparung zumindest eines von einer dritten Platine (13) oder eine Batterie der Telematikvorrichtung (10) angeordnet ist.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine dritte Platine (13), auf der zumindest eine weitere Antenne (31) der Telematikvorrichtung (10) angeordnet ist.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß Anspruch 12, wobei die Antenne (14) der zweiten Platine (12) zum Betrieb in einem Mobilfunkstandard ausgebildet ist, wobei die Antenne (31) der dritten Platine (13) zum Betrieb in einem satellitengestützten Ortungssystem ausgebildet ist.
Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (11a) auf der ersten Platine (11) modular mittels mehrerer separater Halbleiterkomponenten ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug umfassend eine Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.