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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugsteuergerät gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Kraftfahrzeugsteuergeräte, wie sie in den verschiedenen Kraftfahrzeugen verwendet werden, sind üblicherweise als eingebettete Systeme ausgestaltet. Solche Steuergeräte stellen kompakte Vorrichtungen dar, die für verschiedene Steuerungen in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden können. Sie weisen verschiedene Einheiten, wie Speicher, Prozessoren oder sonstige Recheneinheiten, aber auch Infrastrukturelemente, wie Switches oder Stromversorgungseinheiten, auf. Häufig werden Speicher und Recheneinheiten als Module bereitgestellt, die - je nach Bedarf und Anforderung des Kraftfahrzeugsteuergeräts - ausgewählt und in das Kraftfahrzeugsteuergerät eingesetzt werden. Hierzu kann das Kraftfahrzeugsteuergerät auf einer Hauptplatine Modulsteckplätze aufweisen, in die die entsprechenden Rechen- und Speichermodule eingesteckt werden können. Hierbei werden die Module in gleicher geometrischer Ausrichtung wie die Hauptplatine auf diese aufgelegt und festgesteckt. Zusätzlich können die Module festgelötet werden.
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Um die Herstellung solcher Kraftfahrzeugsteuergeräte zu vereinfachen, werden, bis auf die Recheneinheits- und Speichermodule, die übrigen Elemente wie Stromversorgung und Kommunikationsschnittstellen bislang direkt bei der Bestückung der Hauptplatine mit Leitungen und sonstigen Elementen festverdrahtet. Diese Infrastrukturelemente müssen daher immer in der höchsten Ausstattung bzw. Leistungsfähigkeit vorhanden sein, um alle verwendbaren Rechen- und Speichereinheiten mit ausreichender Leistung und Kommunikationsbandbreite sowie Anschlüssen versorgen zu können. Dies vereinfacht zwar die Herstellung in großer Stückzahl, hat jedoch hohe Kosten auch in der Grundvariante eines Kraftfahrzeugsteuergeräts, bzw. der Hauptplatine, zur Folge.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeugsteuergerät bereitzustellen, welches flexibel einsetzbar und kostengünstig ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeugsteuergerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Das vorgeschlagene Kraftfahrzeugsteuergerät weist eine Hauptplatine auf. Die Hauptplatine, auch Basisboard genannt, dient dazu, verschiedene Rechen- und/oder Speichereinheiten in dem Kraftfahrzeugsteuergerät unterbringen zu können. Die Rechen- und Speichereinheiten können beispielsweise (Mikro-)Prozessoren, Grafikverarbeitungseinheiten oder RAM-/Flash-Speicher sein.
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Die Hauptplatine ist als eingebettetes System ausgestaltet, das eine kompakte Bauweise bereitstellt und daher gerade im Automobilbereich eingesetzt wird, um Platz und auch Gewicht zu sparen. Rechen- und/oder Speichereinheiten können als aufsteckbare Teile auf der Hauptplatine montiert werden, wobei die Rechen- und Speichereinheiten in geometrisch gleicher Ausrichtung wie die Hauptplatine auf diese aufgelegt und festgesteckt werden. Hierzu weist die Hauptplatine Recheneinheitssteckplätze und Speichereinheitssteckplätze auf, in denen die Rechen und/oder Speichereinheiten aufgenommen werden können. Um die Rechen- und/oder Speichereinheiten verwenden zu können, weist die Hauptplatine des Weiteren Leitungen auf. Diese dienen dazu, die Rechen- und/oder Speichereinheiten anzuschließen bzw. zu verbinden.
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Um nun im Vergleich zu bisherigen Kraftfahrzeugsteuergeräten eine höhere Flexibilität zu ermöglichen und damit geringere Kosten zu verursachen, weist die Hauptplatine des hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeugsteuergeräts Kommunikationseinheitssteckplätze auf. Diese Kommunikationseinheitssteckplätze sind dazu ausgebildet, interne Kommunikationseinheiten aufzunehmen. Die Leitungen sind des Weiteren dazu ausgebildet, die Kommunikationseinheitssteckplätze miteinander und/oder mit den Recheneinheitssteckplätzen und/oder den Speichereinheitssteckplätzen zu verbinden. Auf diese Weise können die Rechen- und/oder Speichereinheiten mit den internen Kommunikationseinheiten verbunden werden und somit miteinander kommunizieren. Solche internen Kommunikationseinheiten oder Kommunikationsschnittstellen dienen dazu, im Gegensatz zu den Leitungen, die lediglich eine einfache Weiterleitung von Signalen ermöglichen, erweiterte Kommunikationsaufgaben zu erfüllen. Die internen Kommunikationseinheiten können beispielsweise Serialisierer-Deserialisierer (SerDes) oder ähnliches sein.
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Durch die Ausstattung der Hauptplatine mit Recheneinheitssteckplätzen, Speichereinheitssteckplätzen sowie Kommunikationseinheitssteckplätzen ist es somit möglich, ein variabel anpassbares Kraftfahrzeugsteuergerät bereitzustellen, das je nach Bedarf unterschiedliche Rechen- und/oder Speichereinheiten sowie unterschiedliche interne Kommunikationseinheiten aufweisen kann. Des Weiteren können die Einheiten des Kraftfahrzeugsteuergeräts durch die modulare Ausgestaltung in dem Fall eines Ausfalls einer der Einheiten leicht ausgetauscht werden sowie nach Bedarf flexibel erweitert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Kommunikationseinheitssteckplätze des Weiteren dazu ausgebildet sind, Kommunikationseinheiten aufzunehmen, die einen externen Anschluss aufweisen. Auf diese Weise können zusätzlich zu internen Kommunikationsschnittstellen auch Kommunikationsschnittstellen nach außen variabel angepasst werden. Solche Kommunikationseinheiten mit einem externen Anschluss können beispielweise Ethern-Switches oder PCIe-Switches sein. Zusätzlich zu einer Schnittstelle nach außen, können diese auch eine interne Kommunikationsschnittstelle bereitstellen.
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Allgemein können die Kommunikationseinheiten Stecker, Switches, Serialisierer-Deserialisierer, Eingänge, Ausgänge, oder Kombinationen davon aufweisen. Diese Kommunikationseinheiten dienen dazu, eine Verbindung und Kommunikation zwischen den Rechen- und Speichereinheiten untereinander sowie nach außen bereitzustellen. Die Kommunikationseinheiten sind dabei, abhängig von den verwendeten Rechen- und/oder Speichereinheiten, in unterschiedlichen Ausgestaltungen, zum Beispiel in Bezug auf die Leistungsfähigkeit, erforderlich. Durch die modulare Struktur des Kraftfahrzeugsteuergeräts können je nach Bedarf Kommunikationseinheiten mit geringer Leistung verwendet werden oder, wenn Rechen- und/oder Speichereinheiten verwendet werden, die höhere Leistungen erfordern, können entsprechende Kommunikationseinheiten mit höherer Leistung eingebaut werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Hauptplatine zumindest einen Stromversorgungssteckplatz auf, der dazu ausgebildet ist, eine Stromversorgungseinheit aufzunehmen, wobei die Leitungen des Weiteren dazu ausgebildet sind, den Stromversorgungssteckplatz mit den Kommunikationseinheitssteckplätzen und/oder mit den Recheneinheitssteckplätzen und/oder mit den Speichereinheitssteckplätzen zu verbinden. Wie die Kommunikationseinheiten kann auch die Stromversorgungseinheit in ihrer Leistungsfähigkeit je nach Bedarf angepasst sein.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die Rechen- und/oder Speichereinheiten sowie die Kommunikationseinheiten und die Stromversorgungseinheit in die Modulsteckplätze gesteckt. Dies ermöglicht sowohl eine einfache Bestückung der Hauptplatine als auch einen einfachen Austausch bei Ausfällen einzelner Einheiten. Um eine sichere Verbindung der Einheiten mit der Hauptplatine zu ermöglichen, können die Rechen- und/oder Speichereinheiten sowie die Kommunikationseinheiten und die Stromversorgungseinheit auch mit der Hauptplatine fest verbunden, beispielsweise verlötet, werden.
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Da nicht alle Einheiten, die durch die Hauptplatine benötigt werden, in ihrer Leistung variieren, kann die Hauptplatine Schaltkreise aufweisen, die mit ihr fest verbunden sind. Diese Schaltkreise sind dabei insbesondere Schaltkreise, die für alle verwendeten Einheiten, unabhängig von deren tatsächlicher Ausgestaltung in Bezug auf die Leistungsfähigkeit, gleich bleiben. Dies kann z.B. ein immer benötigter EEPROM Speicher mit der gleichen Größe und Kommunikationsschnittstelle sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Leitungen eine sternförmige Vernetzung, eine Punkt-zu-Punkt-Vernetzung, eine teilvermaschte Vernetzung oder eine vollvermaschte Vernetzung auf. Die Art der Vernetzung bzw. Anordnung der Leitungen kann abhängig von der Art der Module bzw. Infrastruktureinheiten gewählt sein. Bei der vollvermaschten Vernetzung hat jeder Modulsteckplatz mindestens zwei Verbindungen zu benachbarten Modulsteckplätzen. Diese Art der Vernetzung führt zu einer Redundanz der Verbindungen und damit zu einer sicheren Übertragung. Bei einer teilvermaschten Vernetzung sind einige Modulsteckplätze lediglich über eine Verbindung angeschlossen. Diese Modulsteckplätze haben daher keinerlei Redundanz. Vorteilhaft ist dabei jedoch, dass weniger Leitungen auf der Hauptplatine vorhanden sind. Eine Punkt-zu-Punkt-Vernetzung kann eingesetzt werden, wenn lediglich zwei Modulsteckplätze miteinander verbunden werden sollen. Eine sternförmige Vernetzung kann beispielsweise für eine Stromversorgung verwendet werden, bei der jeder Modulsteckplatz direkt mit der Stromversorgungseinheit verbunden wird. Auch eine Kombination dieser Vernetzungen ist möglich.
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Werden manche Leitungen in einer bestimmten Bestückung der Hauptplatine nicht benötigt, können diese Leitungen terminiert werden (z.B. durch geeignete Widerstände). Eine solche Terminierung stellt sicher, dass die entsprechende Leitung keine unerwünschte Verbindung mit einem der Modulsteckplätz herstellt.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigt:
- 1: ein schematisches Blockdiagramm einer Hauptplatine eines Kraftfahrzeugsteuergeräts.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine Hauptplatine 1, die in einem Kraftfahrzeugsteuergerät verwendet werden kann. Um einen variablen Einsatz der Hauptplatine 1 und damit des Kraftfahrzeugsteuergeräts zu ermöglichen, weist die Hauptplatine 1 verschiedene Modulsteckplätze 2, 4 auf. In den Recheneinheitssteckplatz 2 kann beispielsweise eine Recheneinheit mit einem Mikroprozessor und einem Speicher eingesteckt werden. In den Speichereinheitssteckplatz 4 kann beispielsweise eine reine Speichereinheit eingesteckt werden. Die Rechen- und Speichereinheiten können in ihrer Leistung abhängig von dem zukünftigen Einsatz des Kraftfahrzeugsteuergeräts angepasst werden. Durch die Implementierung als Module können diese einfach entsprechend ihre Leistung ausgewählt sowie später ausgetauscht werden.
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Wie auch in der schematischen Ansicht der 1 zu sehen ist, haben die Module die gleiche geometrische Ausrichtung wie die Hauptplatine 1, d.h. sie werden nicht senkrecht zu der Hauptplatine 1 gesteckt.
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Durch die Modulsteckplätze 2, 4 wird eine flexible Ausgestaltung des Kraftfahrzeugsteuergeräts in Bezug auf Rechen- und Speichereinheiten ermöglicht. Um eine erweiterte Flexibilität des Einsatzes des Kraftfahrzeugsteuergeräts bereitzustellen, kann die Hauptplatine 1 zusätzlich zu den Modulsteckplätzen 2, 4 weitere Modulsteckplätze 6, 8, 10, 12 aufweisen.
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Diese Modulsteckplätze 6, 8, 10, 12 dienen jedoch nicht zur Aufnahme von Rechen- und Speichereinheiten, sondern stellen Steckplätze für Kommunikationseinheiten bzw. Stromversorgungseinheiten bereit. Solche Kommunikationseinheiten können beispielsweise Switches, Serialisierer-Deserialisierer (SerDes) o. ä. sein. Diese Kommunikations- und Stromversorgungseinheiten wurden bislang immer mit der höchsten Leistungsfähigkeit fest auf der Hauptplatine 1 montiert. Durch die Verwendung von Steckplätzen 6, 8, 10, 12 für die Kommunikations- und Stromversorgungseinheiten können diese bei dem hier beschriebenen Kraftfahrzeugsteuergerät variabel, je nach Bedarf und sonstiger Ausstattung des Kraftfahrzeugsteuergeräts, ausgewählt und installiert, sowie später, wenn nötig, z.B. für eine Reparatur oder ein Upgrade des Kraftfahrzeugsteuergeräts, ausgetauscht werden.
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Der Modulsteckplatz 6 kann beispielsweise mit einem Ethernet-Switch bestückt werden. Ein solcher Ethernet-Switch kann einen Stecker 14 zum Anschluss eines externen Ethernet-Kabels aufweisen.
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Der Modulsteckplatz 8 kann als Steckplatz für einen Serialisierer-Deserialisierer (SerDes) verwendet werden, der eine interne serielle Datenübertragung zwischen zwei Modulsteckplätzen 2, 4 bereitstellt.
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Der Modulsteckplatz 10 kann als Steckplatz für einen PCIe-Switch verwendet werden. Dieser kann ebenfalls einen externen Anschluss 16 bereitstellen.
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Der Modulsteckplatz 12 kann wiederum als Steckplatz für eine Stromversorgungseinheit verwendet werden. Eine solche Stromversorgungseinheit kann ebenfalls einen externen Anschluss 18 aufweisen, über den die Stromversorgungseinheit mit einer externen Stromquelle verbunden werden kann.
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Zusätzlich zu den variablen Modulsteckplätzen 2, 4, 6, 8, 10, 12 können auch Schaltkreise 20 vorgesehen sein, die in jeder beliebigen Bestückung der Hauptplatine 1 vorgesehen sind. Solche invarianten Schaltkreise können zum Beispiel Speicher oder Mikroprozessoren sein, die in jeder Variante des Kraftfahrzeugsteuergeräts vorhanden sein müssen. Da diese immer gleich sind, können sie von vornherein fest auf der Hauptplatine 1 angeordnet sein.
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Auf der Hauptplatine 1 sind des Weiteren Leitungen 22, 24, 26, 28, 30, 32 vorgesehen sein. Diese Leitungen sind fest auf der Hauptplatine 1 angeordnet. Die Leitungen 22, 24, 26, 28, 30, 32 können in unterschiedlichen Vernetzungen vorgesehen sein. Beispielsweise kann es sich um eine Punkt-zu-Punkt-Vernetzung handeln, wie es bei der Leitung 22, die eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen dem Schaltkreis 20 und der Recheneinheit am Steckplatz 2 vorsieht, oder bei der Leitung 32 der Fall ist, die Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen den Steckplätzen 2 und 6 vorsieht. Eine solche Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist sinnvoll, wenn z.B. der Schaltkreis 20 nur durch die Recheneinheit am Steckplatz 2 verwendet wird.
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Andere Verbindungen, wie die Verbindungen 24, 28, 30 können als sternförmige Vernetzung ausgebildet sein. Wiederum andere Verbindungen, wie hier beispielsweise die Verbindung 26, können als teilvermaschte bis vollvermaschte Verbindungen ausgestaltet sein.
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Die Anordnung der Leitungen 22, 24, 26, 28, 30, 32 kann je nach Art der gewünschten Übertragung ausgewählt werden. Beispielweise kann die Stromversorgungseinheit am Steckplatz 12 über eine sternförmige Verbindung 28 mit allen anderen Modulsteckplätzen verbunden werden, da hier die Stromversorgung von dem Steckplatz 12 ausgehend an alle anderen Modulsteckplätze 2, 4, 6, 8, 10 verteilt wird.
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Werden manche Leitungen 22, 24, 26, 28, 30, 32 in einer bestimmten Bestückung der Hauptplatine 1 nicht benötigt, können diese Leitungen 22, 24, 26, 28, 30, 32 terminiert werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die entsprechende Leitung 22, 24, 26, 28, 30, 32 keine Verbindung mit einem der Modulsteckplätz 2, 4, 6, 8, 10, 12 herstellt.
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Durch das hier vorgeschlagene Kraftfahrzeugsteuergerät ist es möglich, auf einfache Weise ein sehr flexibel bestückbares Kraftfahrzeugsteuergerät bereitzustellen, das je nach Bedarf unterschiedliche Funktionen bereitstellen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptplatine
- 2
- Recheneinheitssteckplatz/Recheneinheit
- 4
- Speichereinheitssteckplatz/Speichereinheit
- 6, 8, 10
- Kommunikationseinheitssteckplatz/Kommunikationseinheit
- 12
- Stromversorgungssteckplatz/Stromversorgungseinheit
- 14, 16, 18
- Stecker
- 20
- Schaltkreis
- 22, 24, 26, 28, 30, 32
- Leitungen