WO2021115540A1 - Modular erweiterbares elektronisches steuergerät - Google Patents

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WO2021115540A1
WO2021115540A1 PCT/DE2020/200098 DE2020200098W WO2021115540A1 WO 2021115540 A1 WO2021115540 A1 WO 2021115540A1 DE 2020200098 W DE2020200098 W DE 2020200098W WO 2021115540 A1 WO2021115540 A1 WO 2021115540A1
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WO
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module
electronics
housing
control device
board
Prior art date
Application number
PCT/DE2020/200098
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English (en)
French (fr)
Inventor
Florian VON REITZENSTEIN
Christoph Kopp
Harsha WALVEKAR
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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Priority to CN202080085576.6A priority patent/CN114788428A/zh
Priority to JP2022532605A priority patent/JP7397197B2/ja
Priority to US17/784,349 priority patent/US11751343B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K5/0026—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units
    • H05K5/0065—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units wherein modules are associated together, e.g. electromechanical assemblies, modular structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0239—Electronic boxes
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    • H05K5/0026—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units
    • H05K5/0047—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units having a two-part housing enclosing a PCB
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20863—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0007—Casings
    • H05K9/002—Casings with localised screening
    • H05K9/0039—Galvanic coupling of ground layer on printed circuit board [PCB] to conductive casing

Definitions

  • the present disclosure relates to an electronic control device that can be expanded in a modular manner, in particular for use in motor vehicles.
  • ECU Electronic control units
  • ECU Electronic control units
  • Control devices used in motor vehicles must be designed for different environmental influences, depending on the installation location.
  • a control device arranged near a heat source such as an internal combustion engine must be designed for large temperature ranges in order to protect the sensitive electronics from damage due to excessively high outside temperatures.
  • a control device located at a mounting location with a high influence of moisture must be appropriately sealed before moisture can penetrate the electronics. Protection, in particular against dust and other soiling, is also important for a control device in order to prevent short circuits and a fire, for example.
  • control devices In addition, due to the increasing density of electronics in motor vehicles, control devices must also be designed for corresponding electromagnetic compatibility (EMC). In order to meet these different requirements for control devices in the automotive environment, the housings of the control devices are usually specially adapted to the electronics to be accommodated and the installation location.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • EP 2594122 A2 shows an electronic control device for the automotive sector in which two metallic housing halves enclose an inner area of the printed circuit board on both sides and are placed on a circumferential metallic track, so that the sensitive electronics inside are protected and electrical contact is made via connections which are arranged outside the housing.
  • board-to-board circuit board-to-circuit board
  • Board-to-board connectors are special connectors mounted on circuit boards that are used to electrically connect two or more circuit boards.
  • EP 1782667 A1 describes a concept of a base station for telecommunications transmission, the requirements of which with regard to dirt, temperature and EMC influences cannot be equated with those in the automotive sector. Although modular extensions are described, the details of the design remain unclear.
  • 4 shows a sketchy exploded view of a basic assembly 402 with an opening in the middle area, the dimensions of which should probably match the internal antenna 403 shown as a block and which can probably be closed by a common cover 404, but the type of Opening, electrical connections between the parts as well as any shielding are not shown here.
  • FIG. 12 Another embodiment is shown in which individual segments are formed within the housing and on the circuit board and the segments are alternately shielded from one another via corresponding shielding walls and electrical grounding tracks on the circuit board.
  • an optional additional printed circuit board 1210 is provided for a transmission interface, which can be connected via connector 1211 within the corresponding segment when the housing is open.
  • 1209 shows an unspecified mechanical interface to an optional internal antenna, the position clearly deviating from that of the additional printed circuit board 1210 and again the type of opening, electrical connections between the parts and any shields cannot be found here.
  • a modularly expandable electronic control device which has the following: an electronic circuit board, in which a conductor track is arranged on at least one side in the area of the side edges of the electronic circuit board, which track encloses a first, inner area of the side and an outer area the side separates.
  • This outer area is therefore in the area of the side edges of the electronic circuit board and thus on the surface spatially outside of the inner area which is enclosed by the conductor track, which is preferably electrically connected to electrical ground as a grounding track.
  • At least one module connection terminal for electrically connecting the electronics board to at least one electronics module is arranged in this outer area.
  • the housing has two halves for receiving the electronics board. At least one housing half has a circumferential, at least partially electrically conductive shielding wall which, when the housing is installed, rests at least partially on the conductor track arranged on at least one side of the electronics board, and an electrical contact between the conductor track and the at least partially electrically conductive shielding wall of the respective housing half causes. At least one housing half has on the outside, that is to say on the outside facing away from the inside of the housing and separated by the housing wall, at least one receptacle for the at least one electronics module accessible from outside the housing in the assembled state.
  • the at least one receptacle is arranged in such a way that the at least one electronic module optionally, that is to say additionally placed in the receptacle, can be electrically connected to the at least one module connection terminal arranged in the outer region of the electronics board.
  • the electronics board has electrical connections between the at least one module connection terminal and one or more electronic assemblies arranged on the inner area.
  • the receptacle is formed on the outside, preferably also in the form of a recess in the wall of the housing half that receives the electronics module, the wall of the housing half being arranged in any case in the inner area of the electronics board between the electronics module in the receptacle and the electronics board.
  • the electronics module is arranged in the receptacle, preferably parallel to the electronics board, in such a way that a first part of the electronics module covers the inner area of the electronics board, with the wall of the housing in between, as already explained above.
  • a second part of the electronic module, that is different from the first, is arranged over the outer area of the electronic circuit board and is connected there to the electronic circuit board through an opening with the at least one module connection terminal.
  • the electronics board can be a multilayer board. The electrical connections between the at least one module connection terminal and one or more electronic assemblies arranged on the inner area can then be implemented in one or more inner layers of the multi-layer circuit board.
  • the electronics board can be designed to implement standard functions of the control device, and the at least one module connection terminal can be designed to implement additional functions of the control device via the connected electronics module via an electronics module connected to it.
  • the control device can be designed in such a way that an electronic module connected to the at least one module connection connection can be exchanged without dismantling the housing halves of the housing of the control device.
  • the two housing halves are preferably seated with the shielding walls all around on the electrical conductor tracks and enclose the inner area of the electronic circuit board in an EMC-tight manner all around.
  • the optional electronics module is arranged in its receptacle on the outside of at least one of the housing halves and is accessible there and can be connected via the module connection terminal, which is also located in the outer area, without one of the housing halves having to be opened.
  • At least one of the receptacles can be designed to receive an electronics module with a cooling element.
  • Protective covers which are designed for attachment to one of the housing halves, can be provided for the receptacles.
  • At least one of the housing halves can have an integrated heat sink for cooling at least one assembly arranged on the electronics board.
  • At least one cable connection terminal can be arranged in the outer area of the electronics board, and the electronics board can have electrical connections between the at least one cable connection connection and one or more electronic assemblies arranged on the inner area, at least one housing half having a receptacle for each cable connection connection.
  • the at least one cable connection terminal can be arranged in a corner area of the electronics board, and in particular each cable connection connection can be arranged in a corner area of the electronics board in such a way that the plug-in direction of each cable connection connection is at an angle of approximately 45 ° to the side edges of the electronics board in the side plane.
  • a protective cover is provided which, arranged inside the receptacle, covers the opening to the at least one module connection connection.
  • This protective cover is, of course, smaller than the protective cover that would extend over the receptacle and the electronics module inserted therein, but at the same time protects the area of the module connection or the pre-assembled connector against external influences.
  • this inner protective cover can be made much simpler, for example as an adhesive film, if necessary with a metallic intermediate layer for the EMC effect, or it can also be designed to be non-destructive and removable and thus serve as evidence of tampering, i.e. if the protective cover is destroyed, damage or manipulation would be documented the warranty is void.
  • an electronics module which is designed to expand the functionality of a control device as disclosed herein and has an electronics board, a connection terminal being arranged on one side of the electronics board in such a way that when the electronics board is placed in a receptacle of a housing half of the control device the connection terminal electrically contacts a module connection terminal of the electronics board of the control unit
  • FIG. 1 shows an exploded view of an embodiment of a modularly expandable electronic control device in a perspective view obliquely from above;
  • FIG. 2 shows a further exploded view of the exemplary embodiment shown in FIG. 1 in a perspective view obliquely from below;
  • FIG. 3 shows an exploded view of a further exemplary embodiment of a modularly expandable electronic control device in a view obliquely from above;
  • FIG. 4 shows a perspective illustration of the further exemplary embodiment of a modularly expandable electronic control device from FIG. 3 in the assembled state
  • FIG. 5B shows a plan view of the inside of the upper housing half and FIG. 5A shows the upper side of the electronic circuit board of the control device shown in FIG. 1;
  • 6A shows a plan view of the inside of the lower housing half
  • FIG. 6B on the underside of the electronic circuit board of the control device shown in FIG. 1, FIG. 7A outlines a further embodiment and the position of the section which is shown in detail in FIG. 7B
  • FIG. 7B section through part of the assembly according to FIG. 7A
  • FIG. 8A shows a three-dimensional representation of the shape and position of the electronic circuit board and optional electronic modules according to the configuration according to FIG. 7A without a housing
  • FIG. 8B plan view of the position of the electronic circuit board and optional electronic modules according to the configuration according to FIG. 7A without a housing
  • FIG. 10B plan view of the embodiment according to FIG. 9B
  • a control device 10 is shown in perspective, which can be expanded in a modular manner by additional electronic modules.
  • the control device 10 has an electronic circuit board 12, which forms the main module of the control device 10 and implements standard functions of the control device.
  • the electronic circuit board 12 can have a conductor track 18 on both sides, i.e. its top and bottom side, which is arranged in the edge region of the circuit board 12 and runs around the entire circuit board 12, so that an inner area 14 and an inner area 14 and one of This outer area 16 separated by the conductor track 18 is formed.
  • the circuit board 12 can in particular also be equipped with electronic components on both sides, that is to say its top and bottom.
  • the conductor track 18 is provided as a grounding track.
  • FIGS. 5A and 6B an example of the circuit board 12 is shown in which the conductor track 18 on the top of the circuit board 12 runs around the edge area (FIG. 5A) and another conductor track 18 'on the underside of the circuit board 12 also runs around the edge area ( Fig. 6B) is arranged.
  • one or more module connection connections 20 and 20 ′ ′′ and / or one or more cable connection connections 20 ′, 20 ′′ can be arranged on its upper side and / or lower side.
  • the cable connection terminals 20 ′, 20 ′′ can in particular each be arranged in a corner area of the board 12, and in particular in such a way that their plugging direction is at an angle of approximately 45 ° to the side edges of the board 12 in the side plane of the same, whereby this mechanically without any further sealing measure Penetration of water and dirt or dust is prevented ("umbrella principle").
  • Electronic components and / or assemblies can be arranged in the inner region 14.
  • the components / assemblies on the inner area 14 can be electrically connected to a module connection terminal 20, 20 '"via one or more lines that are implemented over one or more inner layers of the, in particular, multi-layer circuit board 12, so that the conductor tracks 18 and 18' When viewed perpendicular to the plane of the board 12, enclose the inner layers of the board 12.
  • the housing of the control device 10 has two housing halves 24 and 26: FIG. 5B shows a plan view of the inside of the first housing half 26; 6A shows a top view of the inside of the second housing half 24 on the right. Both housing halves 24, 26 each have a circumferential, at least partially electrically conductive shielding wall 28 and 30, respectively.
  • the shielding wall 28 can be formed in one piece with the respective housing half 24, 26, and in particular consist of the same material as the housing half 24, 26.
  • the shielding wall 28 can be formed from a conductive material such as copper or can be coated with such a material.
  • the shielding wall 28 of the housing halves 24 and 26 sits at least partially on the conductor track 18 and 18 ', so that an electrical contact between the Conductor track 18, 18 'and the shielding wall 28 of the respective housing half 24, 26 is made.
  • the inner area 14 of the circuit board 12 can be effectively shielded from EMC influences on the upper and lower sides by the housing halves 24, 26 and the shielding wall 28.
  • the upper housing half 26 has receptacles 32 and 32 'for electronic modules 22 and 22' for expanding the functionality of the main board 12 of the control device 10.
  • the receptacles 32 and 32 ' are accessible from outside the housing and are provided on the outside wall of the housing half 26 in such a way that in the assembled state of the housing the module connection connections 20, 20' ′′ are accessible via these receptacles 32, 32 'and via a connector 25 an electronics module 22 placed in a receptacle can be contacted with the module connection terminal 20 present in the respective receptacle. Whether the connector 25 is already preassembled on the module connection connection 20 or on the electronics module 22 is irrelevant for the function.
  • the position of the module connection connections 20, 20 ′′ on the main board 12 are arranged in the outer edge area 16 and thus separately from the protected inner area 14.
  • the electronic modules 22, 22 ′ can be designed to expand the functionality of the circuit board 12, for example provide customer-specific software and / or hardware.
  • a data exchange between the electronics module 22 and the circuit board 12 can take place via an interface electronic through the connector 25 and the module connection terminal 20; for example, the electronic interface can provide a bus connection between the circuit board 12 and the electronics module 22, and a processor on the electronics module 22 can execute customer-specific software that can expand the functionality of the circuit board 12 through additional functions.
  • the electronics module 22 ′ can likewise be connected to the circuit board 12 via an electronic interface. As can be seen in FIG. 1, the electronics module 22 ′ can be cooled by a cooling element such as a fan 23 ′′.
  • the fan 23 ′′ can be arranged above an assembly which, during operation, generates waste heat that has to be removed by the fan 23 ′′.
  • a cooling element such as a fan can also be arranged on the electronics module 22 if the installation space for this is available. It is also conceivable that the electronics module 22 'has no other function and only serves to connect a cooling element, in particular an active fan, and thus in particular enables the control device to be used under very demanding thermal conditions in which a correspondingly high cooling capacity is required . Active convection can also improve the thermal load capacity of the assembly as a whole.
  • the protective covers 33, 33 'can in particular also be made of a conductive material in order to shield the electronic modules 22, 22' from EMC influences.
  • the protective covers 33, 33 'can also be designed in such a way that they seal off the receptacles 32, 32' in order to prevent moisture from penetrating, for example by means of rubber seals.
  • At least one opening for conveying waste heat out of the receptacle closed by the protective cover can also be provided, such as the opening in the cover 33 ′′ above the fan 23 ′′ for conveying the waste heat conveyed away from an assembly by the fan 23 ′′ Recording 32 '.
  • the upper housing half 26 can also have receptacles 34, 34 'for the cable connection connections 20, 20 ′′, which can be designed so that they shield the cable connection connections 20, 20 ′′ from external influences such as moisture, EMC and also mechanical loads.
  • the upper housing half 26 can have an integrated heat sink 35, in particular in the form of cooling ribs, which can serve to cool at least one assembly arranged on the top and / or the bottom of the circuit board 12.
  • an integrated heat sink 35 in particular in the form of cooling ribs, which can serve to cool at least one assembly arranged on the top and / or the bottom of the circuit board 12.
  • On the underside of the circuit board 12 arranged assemblies can be cooled from below and on the The top of the circuit board 12 has a thermal connection to the heat sink 35.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a control unit 10 ′ which, like the control unit 10 shown in FIGS. 1 and 2, can be expanded in a modular manner by additional electronic modules and differs from this in that another electronic module 22 ′′ with electrical plug connections 23 is placed in the receptacle 32 and accordingly differently designed protective covers 33 ", 33 '" are used to cover the receptacles 32, 32'.
  • the protective cover 33 ′′ is designed in such a way that it enables access to the electrical plug connections 23 of the electronic module 22 ′′ from outside the control device 10 ′.
  • Fig. 4 shows this control device 10 'in the assembled state, i.e. with the housing halves 24 and 26 assembled and protective covers 33 ′′ and 33 ′′ fitted over the receptacles for the electronic modules.
  • the position of the module connection terminals 20 on the electronic circuit board 12 for connecting optional electronic modules in the outer area 16 outside the inner area 14 shielded by the conductor track 18 with the shielding wall 30 can also be seen clearly in FIG. 6B.
  • the housing half 26 is above the inner area 14 therefore also closed, ie, the exception 32 on the outside of the outer wall is shielded from its inner area and in particular from the inner area 14 of the electronic circuit board 12 by the wall of the housing.
  • FIG. 7A primarily serves to clarify the position of the section which is shown in detail in FIG. 7B.
  • FIG. 7B shows a section through part of the assembly according to FIG. 7A.
  • the lower housing half 24 is shown, which shows a chamber above the inner area 14 of the main circuit board 12, in which assembly on this main circuit board 12 can be arranged in a protected manner.
  • This chamber is laterally delimited by the shielding wall 30.
  • the shielding wall 30 extends to the lower side of the main circuit board 12 and is there in contact with the grounding conductor 18.
  • a chamber for components is also formed on the main circuit board 12 through the upper housing half 26 which are laterally protected again by the corresponding shielding wall 28 laterally as well as by the wall of the housing 26 at the top, both against the environment and against the optional electronics module 22, which is arranged in the receptacle 32.
  • the receptacle 32 is therefore arranged on the outside of the housing which is closed per se.
  • the main circuit board 12 extends over the inner area 14 (the boundary can be seen through the two outer walls 28, 30) laterally out into the outer area 16 and there is the connector 25 for the connection between the optional electronics module 22 with the module connection terminal arranged on the motherboard.
  • control device 10 can be retrofitted with an electronic module 22 at any time or such an electronic module can be replaced with a new one without the housing halves 24, 26 having to be opened.
  • the inner area 14 is and remains permanently protected. Only the additional outer shield 33 is opened for this if necessary.
  • FIG. 8A shows a three-dimensional representation of the shape and position of the electronic circuit board 12 and optional electronic modules 22 according to the configuration according to FIG. 7A without the housing halves 24 and 26.
  • FIG. 8A primarily serves for a better understanding of FIG. 7B.
  • 8B shows the exact top view of the position of the optional electronic modules 22 over the various areas (14, 16) of the electronic circuit board according to the embodiment according to FIG. 7A. It is particularly important to follow the course of the grounding track 18 on the main circuit board 12, which is directly visible in the middle area of FIG. 8B, but below the area of the electronic modules 22 is continued here with a sketchy dashed line to ultimately show the position of the inner area 14 to clarify the outer area 16 on the electronics (main) board (12).
  • the electronic module 22 is arranged in such a way that a first part of the electronic module 22 covers the inner area 14 of the electronic circuit board (12). There, of course, the wall of the housing half 26 is actually located between the electronics module 22 and the electronics board 12 and had to be left out here in order to be able to represent 22 over 12 at all.
  • a second, that is, another part of the electronic module 22 is arranged above the outer area 16 of the electronic circuit board 12 and is connected there to the electronic circuit board 12 via the at least one module connection terminal 20 or the connector 25 arranged there.
  • the electronics module 22 is thus parallel to the electronics board 12 and covers part of the outer area 16 with one part and part of the inner area 14 with another part, the housing wall being located in the housing half between the inner part 14 and the electronics module , while the housing half 26 has an opening 37 for the connector 25 in the area covering the outer area 16, in order to connect the electronic module 22 to the module connection terminal 20.
  • FIG. 9A again shows a three-dimensional overall view of the configuration according to FIGS. 7 and 8 with two optional electronic modules (22) which are concealed behind their protective covers 33 and can only be seen here on the basis of the optional connections 23.
  • FIG. 9B shows an embodiment without optional electronic modules and receptacle 32 that remains open.
  • a protective cover 36 is inside the receptacle 32 over the opening (37 covered under 36) to the module connection connection (20 also covered here).
  • Fig.lOA shows a plan view of the configuration without optional electronic modules and the remaining open receptacle 32 still without protective cover (36 just omitted here) and thus the opening 37 in the housing wall to the module connection terminal 22 or the connector located there, which is hidden beneath it 25. Since in this situation, however, environmental influences and EMC interference could at least get into the outer region 16 of the flake board 12, this opening 37 is preferably closed with the protective cover 36, as shown in FIG the optional electronics module is to be sold or operated.
  • a control device with a housing as disclosed herein can, for example, be designed with protection class IP42 for an operating temperature range of -40 ° C to + 85 ° C.
  • a heat sink integrated into the housing can be made of AISi9Cu3 die-cast aluminum, for example.
  • AIMg3 sheets made of metal can be used as cover material.
  • the cooling concept can be implemented actively (for example with a fan 23 ′′) and / or passively (for example with a heat sink 35 integrated into the housing half 26).
  • one or more electronic modules can be added without the housing of the control device having to be exposed to expose the electronic circuit board implementing the main module of the control device, which could lead to a loss of a manufacturer's guarantee.
  • a cooling fan can optionally be integrated into the control unit instead of an additional system.

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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Es ist ein modular erweiterbares elektronisches Steuergerät (10) offenbart, das folgendes aufweist: eine Elektronikplatine (12), bei der auf mindestens einer Seite im Bereich der Seitenränder eine einen ersten, inneren Bereich (14) der Seite umschließende und von einem äußeren Bereich (16) der Seite trennende Leiterbahn (18, 18') angeordnet ist, wobei im äußeren Bereich (16) mindestens ein Modulverbindungsanschluss (20) zum elektrischen Verbinden der Elektronikplatine (12) mit zumindest einem Elektronikmodul (22, 22') angeordnet ist, ein zwei Hälften (24, 26) aufweisendes Gehäuse zur Aufnahme der Elektronikplatine (12), wobei mindestens eine Gehäusehälfte (24, 26) eine umlaufende zumindest teilweise elektrisch leitfähige Abschirmwand (28, 30) aufweist, die im montierten Zustand des Gehäuses zumindest teilweise auf der mindestens auf einer Seite der Elektronikplatine (12) angeordneten Leiterbahn (18, 18') aufsitzt und einen elektrischen Kontakt zwischen der Leiterbahn (18, 18') und der zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Abschirmwand (28, 30) der jeweiligen Gehäusehälfte (24, 26) bewirkt, wobei mindestens eine Gehäusehälfte (26) außen an der Gehäusewand mindestens eine von außerhalb des Gehäuses im montierten Zustand zugängliche Aufnahme (32, 32') für das zumindest eine Elektronikmodul (22, 22') aufweist, wobei die mindestens eine Aufnahme (32, 32') so angeordnet ist, dass das zumindest eine, in der Aufnahme platzierte Elektronikmodul (22, 22') elektrisch mit dem mindestens einen, im äußeren Bereich (16) der Elektronikplatine (12) angeordneten Modulverbindungsanschluss (20) elektrisch verbunden werden kann, und wobei die Elektronikplatine (12) elektrische Verbindungen zwischen dem mindestens einen Modulverbindungsanschluss (20) und einer oder mehreren, auf dem inneren Bereich (14) angeordneten elektronischen Baugruppen aufweist.

Description

MODULAR ERWEITERBARES ELEKTRONISCHES STEUERGERAT
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein modular erweiterbares elektronisches Steuergerät, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen.
Elektronische Steuergeräte (engl. Electronic Control Unit: ECU) werden vor allem in der Automobiltechnik für verschiedene Regel- und Steueraufgaben eingesetzt und weisen typischerweise eine oder mehrere Elektronikplatinen auf, die in einem Gehäuse zum Schutz der Elektronik untergebracht sind. In Kraftfahrzeugen eingesetzte Steuergeräte müssen je nach Montageort für unterschiedliche Umwelteinflüsse ausgelegt sein. Beispielsweise muss ein in der Nähe einer Hitzequelle wie einem Verbrennungsmotor angeordnetes Steuergerät für große Temperaturbereiche ausgelegt sein, um die empfindliche Elektronik vor Schäden aufgrund zu hoher Außentemperaturen zu schützen. Ein an einem Montageort mit großem Feuchtigkeitseinfluss angeordnetes Steuergerät muss vor dem Eindringen von Feuchtigkeit in die Elektronik entsprechend abgedichtet sein. Auch ein Schutz insbesondere gegen Staub und andere Verschmutzungen ist für ein Steuergerät wichtig, um beispielsweise Kurzschlüsse und einen Brand zu verhindern. Zudem müssen aufgrund der zunehmenden Elektronikdichte in Kraftfahrzeugen Steuergeräte auch für eine entsprechende elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ausgelegt sein. Um diesen unterschiedlichen Anforderungen an Steuergeräte im Automobilumfeld gerecht zu werden, sind die Gehäuse der Steuergeräte in der Regel an die unterzubringende Elektronik und den Montagort speziell angepasst.
So zeigt beispielsweise die EP 2594122 A2 ein elektronisches Steuergerät für den Automobilbereich, bei welchem zwei metallische Gehäusehälften einen inneren Bereich der Leiterplatte beidseitig einschließen und auf eine umlaufende metallische Bahn aufsetzen, so dass die empfindliche Elektronik im Inneren geschützt ist und die elektrische Kontaktierung über Anschlüsse erfolgt, welche außerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Eine modulare Erweiterbarkeit ist jedoch nicht vorgesehen. Zur Erweiterung eines elektronischen Steuergeräts um zusätzliche Systeme können diese Systeme als zusätzliche Module mittels sogenannter Board-to- Board- (Leiterplatte-zu-Leiterplatte-) Steckverbinder im gleichen Gehäuse wie das Hauptelektronikteil bzw. Hauptmodul integriert werden. Board-to-Board- Steckverbinder sind spezielle, auf Leiterplatten montierte Steckverbinder, die zum elektrischen Verbinden von zwei oder mehr Leiterplatten dienen.
Diese Art der System Integration auf Modulebene kann jedoch folgende Probleme mit sich bringen: eine Störungsfreiheit kann aus EMV- und thermischen Gründen häufig nicht gewährleistet werden, da ein hinzugefügtes Modul das Verhalten des Hauptmoduls im Vergleich zum normalen Betrieb des Hauptmoduls ohne integriertes System auf dem Modul beeinflussen kann. Das Hinzufügen eines Systems auf einem Modul eines Steuergeräts nach der Produktion des Steuergeräts ist problematisch, da beispielsweise die Garantie des Steuergeräts vom Hersteller in der Regel nicht aufrechterhalten werden kann. Die Flexibilität beim Hinzufügen von Modulen zu einem bestehenden Steuergerät ist begrenzt.
So ist beispielsweise aus der DE 10307082 A1 ein Steuergerät für das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem innerhalb des Gehäuses ein Steckkartenschacht zum Einführen von Zusatzgeräten oder Modulen vorgesehen ist. Nähere Details über das Gehäuse, der EMV-Abschirmung usw sind jedoch nicht zu entnehmen.
Die EP 1782667 A1 beschreibt ein Konzept einer Basisstation für Telekommunikationsübertragung, deren Anforderungen hinsichtlich Schmutz- , Temperatur- und EMV-Einflüssen schon einmal nicht mit denen im Automobilbereich gleichzusetzen sind. Zwar sind modulare Erweiterungen beschrieben, bleiben die Details der Ausgestaltung jedoch unklar. So zeigt zwar deren Fig. 4 eine skizzenhafte Explosionszeichnung aus einer Grundbaugruppe 402 mit einer Öffnung im mittleren Bereich, deren Abmaße wohl zu der als Block dargestellten internen Antenne 403 passen dürften und die wohl durch eine gemeinsame Hülle 404 verschlossen werden können, aber die Art der Öffnung, elektrische Verbindungen zwischen den Teilen als auch eventuelle Abschirmungen sind hier nicht näher entnehmbar. In Fig. 12 ff. wird ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem innerhalb des Gehäuses und auf der Leiterplatte einzelne Segmente gebildet werden und die Segmente wechselseitig über entsprechende Abschirmwände und elektrische Erdungsbahnen auf der Leiterplatte voneinander abgeschirmt werden. Dabei wird in Fig. 12 eine optionale zusätzliche Leiterplatte 1210 für ein Übertragungsinterface vorgesehen, welche innerhalb des entsprechenden Segments bei geöffnetem Gehäuse über Verbindungsstecker 1211 anschließbar ist. In einem mittleren Bereich des Gehäuses ist mit 1209 ein nicht näher spezifiziertes mechanisches Interface zu einer optionalen internen Antenne gezeigt, wobei die Position eindeutig von der der zusätzlichen Leiterplatte 1210 abweicht und zudem wieder die Art der Öffnung, elektrische Verbindungen zwischen den Teilen als auch eventuelle Abschirmungen hier nicht näher entnehmbar sind.
Nachfolgend wird nun ein modular erweiterbares elektronisches Steuergerät, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein modular erweiterbares elektronisches Steuergerät offenbart, das folgendes aufweist: eine Elektronikplatine, bei der auf mindestens einer Seite im Bereich der Seitenränder der Elektronikplatine eine Leiterbahn angeordnet ist, die einen ersten, inneren Bereich der Seite umschließt und von einem äußeren Bereich der Seite trennt. Dieser äußere Bereich liegt also im Bereich der Seitenränder der Elektronikplatine und damit auf der Fläche räumlich außerhalb des inneren Bereichs, welcher durch die Leiterbahn umschlossen wird, die vorzugsweise als Erdungsbahn elektrisch auf elektrische Masse geschaltet ist. In diesem äußeren Bereich ist mindestens ein Modulverbindungsanschluss zum elektrischen Verbinden der Elektronikplatine mit zumindest einem Elektronikmodul angeordnet.
Das Gehäuse weist zwei Hälften zur Aufnahme der Elektronikplatine auf. Dabei weist mindestens eine Gehäusehälfte eine umlaufende zumindest teilweise elektrisch leitfähige Abschirmwand auf, die im montierten Zustand des Gehäuses zumindest teilweise auf der mindestens auf einer Seite der Elektronikplatine angeordneten Leiterbahn aufsitzt und einen elektrischen Kontakt zwischen der Leiterbahn und der zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Abschirmwand der jeweiligen Gehäusehälfte bewirkt. Mindestens eine Gehäusehälfte weist außen, also auf der vom Gehäuseinneren abgewandten und durch die Gehäusewand getrennten Außenseite mindestens eine von außerhalb des Gehäuses im montierten Zustand zugängliche Aufnahme für das zumindest eine Elektronikmodul auf.
Die mindestens eine Aufnahme ist so angeordnet, dass das zumindest eine, in der Aufnahme optional, also zusätzlich platzierte Elektronikmodul elektrisch mit dem mindestens einen, im äußeren Bereich der Elektronikplatine angeordneten Modulverbindungsanschluss elektrisch verbunden werden kann. Die Elektronikplatine weist elektrische Verbindungen zwischen dem mindestens einen Modulverbindungsanschluss und einer oder mehreren, auf dem inneren Bereich angeordneten elektronischen Baugruppen auf. Die Aufnahme ist außen, vorzugsweise auch in Form einer das Elektronikmodul aufnehmenden Vertiefung in der Wand der Gehäusehälfte gebildet, wobei die Wand der Gehäusehälfte jedenfalls im inneren Bereich der Elektronikplatine zwischen Elektronikmodul in der Aufnahme und Elektronikplatine angeordnet ist. Dabei ist das Elektronikmodul in der Aufnahme vorzugsweise parallel zur Elektronikplatine so angeordnet, dass ein erster Teil des Elektronikmoduls den inneren Bereich der Elektronikplatine überdeckt, wobei sich dort, wie voranstehend schon erläutert, dazwischen die Wand des Gehäuses befindet. Ein zweiter, also von dem ersten abweichender, Teil des Elektronikmoduls ist über dem äußeren Bereich der Elektronikplatine angeordnet und dort durch eine Öffnung mit dem mindestens einen Modulverbindungsanschluss mit der Elektronikplatine verbunden. Die Elektronikplatine kann eine mehrlagige Platine sein. Die elektrischen Verbindungen zwischen dem mindestens einen Modulverbindungsanschluss und einer oder mehreren, auf dem inneren Bereich angeordneten elektronischen Baugruppen können dann in einer oder mehreren inneren Lagen der mehrlagigen Platine ausgeführt sein.
Insbesondere kann die Elektronikplatine ausgebildet sein, Standard- Funktionen des Steuergeräts zu implementieren, und der mindestens eine Modulverbindungsanschluss kann ausgebildet sein, über ein an ihn angeschlossenes Elektronikmodul weitere Funktionen des Steuergeräts über das angeschlossene Elektronikmodul zu implementieren. Das Steuergerät kann derart ausgebildet sein, dass ein an den mindestens einen Modulverbindungsanschluss angeschlossenes Elektronikmodul ohne Auseinandernehmen der Gehäusehälften des Gehäuses des Steuergeräts ausgetauscht werden kann. Die beiden Gehäusehälften sitzen dabei vorzugsweise mit den Abschirmwänden umlaufend auf den elektrischen Leiterbahnen auf und schließen den inneren Bereich der Elektronikplatine umlaufend EMV-dicht ab. Das optionale Elektronikmodul ist in seiner Aufnahme außen an zumindest einem der Gehäusehälften angeordnet und dort zugänglich und über den ebenfalls im äußeren Bereich befindlichen Modulverbindungsanschluss verbindbar, ohne dass eine der Gehäusehälften geöffnet werden müsste.
Mindestens eine der Aufnahmen kann ausgebildet sein, ein Elektronikmodul mit einem Kühlelement aufzunehmen.
Für die Aufnahmen können Schutzabdeckungen vorgesehen sein, die zur Befestigung an einer der Gehäusehälften ausgebildet sind.
Mindestens eine der Gehäusehälften kann einen integrierten Kühlkörper zum Kühlen von mindestens einer auf der Elektronikplatine angeordneten Baugruppe aufweisen.
Im äußeren Bereich der Elektronikplatine kann mindestens ein Kabelverbindungsanschluss angeordnet sein, und die Elektronikplatine kann elektrische Verbindungen zwischen dem mindestens einen Kabelverbindungsanschluss und einer oder mehreren, auf dem inneren Bereich angeordneten elektronischen Baugruppen aufweisen, wobei mindestens eine Gehäusehälfte für jeden Kabelverbindungsanschluss eine Aufnahme aufweist.
Der mindestens eine Kabelverbindungsanschluss kann in einem Eckbereich der Elektronikplatine angeordnet sein, und insbesondere kann jeder Kabelverbindungsanschluss derart in einem Eckbereich der Elektronikplatine angeordnet sein, dass die Steckrichtung jedes Kabelverbindungsanschlusses einen Winkel von etwa 45° zu den Seitenkanten der Elektronikplatine in der Seitenebene aufweist. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist, solange in einer Aufnahme außen am Gehäuse kein Elektronikmodul montiert ist, eine Schutzabdeckung vorgesehen, welche innerhalb der Aufnahme angeordnet die Öffnung zu dem zumindest einen Modulverbindungsanschluss abdeckt. Diese Schutz- abdeckung ist dabei natürlich kleiner als jene Schutzabdeckung, die über sich über die Aufnahme und das darin eingesetzte Elektronikmodul erstrecken würde, sichert jedoch zugleich den Bereich des Modulverbindungsanschlusses oder dort bereits vormontierter Verbindungsstecker gegen Außeneinflüsse ab. Zudem kann diese innere Schutzabdeckung deutlich einfacher, bspw als eine klebende Folie ggfs mit einer metallischen Zwischenschicht für die EMV- Wirkung gestaltet sein oder auch nicht zerstörungsfrei entfernbar gestaltet sein und so als Nachweis von Manipulationen dienen, dh bei zerstörter Schutzabdeckung würde eine Beschädigung oder Manipulation dokumentiert die Gewährleistung entfallen. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Elektronikmodul offenbart, das zum Erweitern der Funktionalität eines Steuergeräts wie hierin offenbart ausgebildet ist und eine Elektronikplatine aufweist, wobei auf einer Seite der Elektronikplatine ein Verbindungsanschluss derart angeordnet ist, dass beim Platzieren der Elektronikplatine in einer Aufnahme einer Gehäusehälfte des Steuergeräts der Verbindungsanschluss elektrisch einen Modul verbindungsanschluss der Elektronikplatine des Steuergeräts kontaktiert
Weitere Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines modular erweiterbaren elektronischen Steuergeräts in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;
Fig. 2 eine weitere Explosionsdarstellung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines modular erweiterbaren elektronischen Steuergeräts in einer Ansicht von schräg oben;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des weiteren Ausführungsbeispiels eines modular erweiterbaren elektronischen Steuergeräts von Fig. 3 in zusammengebauten Zustand;
Fig. 5B eine Draufsicht auf die Innenseite der oberen Gehäusehälfte und Fig. 5A auf die Oberseite der Elektronikplatine des in Fig. 1 gezeigten Steuergeräts; und
Fig. 6A eine Draufsicht auf die Innenseite der unteren Gehäusehälfte und
Fig.6B auf die Unterseite der Elektronikplatine des in Fig. 1 gezeigten Steuergeräts Fig.7A skizziert eine weitere Ausgestaltung sowie die Lage des Schnitts, der in Fig. 7B detailliert gezeigt wird
Fig. 7B Schnitt durch einen Teil der Baugruppe gemäß Fig. 7A
Fig. 8A dreidimensionale Darstellung der Form und Lage von Elektronikplatine und optionalen Elektronikmodulen gemäß der Ausgestaltung gemäß Fig.7A ohne Gehäuse
Fig. 8B Draufsicht auf die Lage von Elektronikplatine und optionalen Elektronikmodulen gemäß der Ausgestaltung gemäß Fig.7A ohne Gehäuse
Fig.9A Ausgestaltung mit zwei optionalen Elektronikmodulen Fig. 9B Ausgestaltung ohne optionale Elektronikmodule und offen verbleibender Aufnahme, jedoch Schutzabdeckung innerhalb der Aufnahme für die Öffnung zum Modulverbindungsanschluss
Fig.lOA Draufsicht auf die Ausgestaltung ohne optionale Elektronikmodule und offen verbleibender Aufnahme noch ohne Schutzabdeckung über der Öffnung zum Modulverbindungsanschluss
Fig.10B Draufsicht auf die Ausgestaltung gemäß Fig 9B
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung können gleiche, funktional gleiche und funktional zusammenhängende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Absolute Werte sind im Folgenden nur beispielhaft angegeben und sind nicht einschränkend zu verstehen.
In den Fig. 1 und 2 ist perspektivisch ein Steuergerät 10 gezeigt, das modular durch zusätzliche Elektronikmodule erweiterbar ist. Das Steuergerät 10 weist eine Elektronikplatine 12 auf, die das Hauptmodul des Steuergeräts 10 bildet und Standard-Funktionen des Steuergeräts implementiert. Die Elektronikplatine 12 kann auf beiden Seiten, also ihrer Ober- und Unterseite, eine Leiterbahn 18 aufweisen, die im Randbereich der Platine 12 angeordnet ist und die gesamte Platinen 12 umläuft, so dass durch diese insbesondere geschlossene Leiterbahn 18 ein innerer Bereich 14 und ein von diesem durch die Leiterbahn 18 getrennter äußerer Bereich 16 gebildet wird. Die Platine 12 kann insbesondere auch auf beiden Seiten, also ihrer Ober- und Unterseite, mit elektronischen Bauteilen bestückt sein.
Die Leiterbahn 18 ist als Erdungsbahn vorgesehen. In Fig. 5A und 6B ist ein Beispiel der Platine 12 gezeigt, bei dem die Leiterbahn 18 auf der Oberseite der Platine 12 im Randbereich umlaufend (Fig. 5A) und eine weitere Leiterbahn 18' auf der Unterseite der Platine 12 ebenfalls im Randbereich umlaufend (Fig. 6B) angeordnet ist. Im äußeren Bereich 16 der Platine können auf ihrer Oberseite und/oder Unterseite ein oder mehrere Modulverbindungsanschlüsse 20 und 20‘“ und/oder ein oder mehrere Kabelverbindungsanschlüsse 20‘, 20“ angeordnet sein. Die Kabelverbindungsanschlüsse 20‘, 20“ können insbesondere jeweils in einem Eckbereich der Platine 12 angeordnet sein, und insbesondere derart, dass ihre Steckrichtung einen Winkel von etwa 45° zu den Seitenkanten der Platine 12 in der Seitenebene derselben aufweist , wodurch mechanisch ohne weitere Dichtungsmaßnahme das Eindringen von Wasser und Schmutz oder Staub verhindert wird („Umbrellaprinzip“). Im inneren Bereich 14 können elektronische Bauelemente und/oder Baugruppen angeordnet sein.
Die Bauelemente/Baugruppen auf dem inneren Bereich 14 können mit einem Modulverbindungsanschluss 20, 20‘“ elektrisch über eine oder mehrere Leitungen verbunden sein, die über eine oder mehrere innere Lagen der insbesondere mehrlagigen Platine 12 ausgeführt sind, so dass die Leiterbahnen 18 und 18' senkrecht zur Ebene der Platine 12 betrachtet die innerer Lagen der Platine 12 einschließen.
Das Gehäuse der Steuergeräts 10 weist zwei Gehäusehälften 24 und 26 auf: Fig. 5B zeigt eine Draufsicht auf die Innenseite der ersten Gehäusehälfte 26; Fig. 6A zeigt rechts eine Draufsicht auf die Innenseite der zweiten Gehäusehälfte 24. Beide Gehäusehälften 24, 26 weisen jeweils eine umlaufende zumindest teilweise elektrisch leitfähige Abschirmwand 28 bzw. 30 auf. Die Abschirmwand 28 kann einteilig mit der jeweiligen Gehäusehälfte 24, 26 ausgebildet sein, und insbesondere auf dem gleichen Material wie die Gehäusehälfte 24, 26 bestehen. Zur elektrischen Abschirmung kann die Abschirmwand 28 aus einem leitfähigen Material wie Kupfer gebildet sein oder mit einem solchen Material beschichtet sein.
Im montierten Zustand des Gehäuses, wenn beide Gehäusehälften 24 und 26 zusammengefügt sind und die Platine 12 im Gehäuse angeordnet ist, sitzt die Abschirmwand 28 der Gehäusehälften 24 und 26 zumindest teilweise auf der Leiterbahn 18 und 18' auf, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der Leiterbahn 18, 18' und der Abschirmwand 28 der jeweiligen Gehäusehälfte 24, 26 besteht. Hierdurch kann der innere Bereich 14 der Platine 12 auf der Ober- und der Unterseite durch die Gehäusehälfte 24, 26 und der Abschirmwand 28 wirksam vor EMV-Einflüssen abgeschirmt werden.
Die obere Gehäusehälfte 26 weist Aufnahmen 32 und 32' für Elektronikmodule 22 bzw. 22' zur Erweiterung der Funktionalität der Hauptplatine 12 des Steuergeräts 10 auf. Die Aufnahmen 32 und 32' sind von außerhalb des Gehäuses zugänglich und derart außen an der Außenwand der Gehäusehälfte 26 vorgesehen, dass im montierten Zustand des Gehäuses die Modulverbindungsanschlüsse 20, 20‘“ über diese Aufnahmen 32, 32' zugänglich sind und über einen Verbinder 25 ein in einer Aufnahme platziertes Elektronikmodul 22 mit dem in der jeweiligen Aufnahme vorhandenen Modulverbindungsanschluss 20 kontaktiert werden kann. Ob dabei der Verbinder 25 bereits vorab am Modulverbindungsanschluss 20 vormontiert ist oder aber am Elektronikmodul 22 ist für die Funktion unerheblich.
Hervorzuheben ist jedoch, dass die Position der Modulverbindungsanschlüsse 20, 20‘“ auf der Hauptplatine 12 im äußeren Randbereich 16 und damit getrennt von dem geschützten inneren Bereich 14 angeordnet sind.
Die Elektronikmodule 22, 22' können zur Erweiterung der Funktionalität der Platine 12 ausgebildet sein, beispielsweise kundenspezifische Software und/oder Hardware bereitstellen. Über eine durch den Verbinder 25 und den Modulverbindungsanschluss 20 elektronische Schnittstelle kann ein Datenaustausch zwischen dem Elektronikmodul 22 und der Platine 12 erfolgen, beispielsweise kann die elektronische Schnittstelle eine Bus- Verbindung zwischen der Platine 12 und dem Elektronikmodul 22 bereitstellen, und ein Prozessor auf dem Elektronikmodul 22 kann eine kundenspezifische Software ausführen, die durch zusätzliche Funktionen die Funktionalität der Platine 12 erweitern kann. Ebenso kann das Elektronikmodul 22' über eine elektronische Schnittstelle mit der Platine 12 verbunden werden. Wie in Fig. 1 erkennbar ist, kann das Elektronikmodul 22' durch ein Kühlelement wie einen Lüfter 23“ gekühlt werden. Insbesondere kann der Lüfter 23“ über einer Baugruppe angeordnet sein, die im Betrieb eine Abwärme erzeugt, die durch den Lüfter 23“ wegbefördert werden muss. Auch auf dem Elektronikmodul 22 kann ein Kühlelement wie ein Lüfter angeordnet sein, wenn der Bauraum hierfür vorhanden ist. Es ist auch denkbar, dass das Elektronikmodul 22' keine weitere Funktion aufweist, und nur dem Anschluss eines Kühlelements, insbesondere aktiven Lüfters dient, und es so insbesondere ermöglicht, das Steuergerät unter sehr anspruchsvollen thermischen Bedingungen einzusetzen, bei denen eine entsprechend hohe Kühlleistung erforderlich ist. Durch eine aktive Konvektion kann zudem die thermische Belastbarkeit der Baugruppe insgesamt verbessert werden.
Die Aufnahmen 32 und 32' können mit Schutzabdeckungen 33 und 33' verschlossen werden, um die Elektronikmodule 22, 22' vor äußeren Einflüssen wie zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen, Feuchtigkeit, Schmutz, etc. zu schützen. Die Schutzabdeckungen 33, 33' können insbesondere auch aus einem leitfähigen Material hergestellt sein, um die Elektronikmodule 22, 22' vor EMV-Einflüssen abzuschirmen. Die Schutzabdeckungen 33, 33' können auch so ausgebildet sein, dass sie die Aufnahmen 32, 32' abdichten, um ein Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, beispielsweise durch Gummidichtungen. In einer Schutzabdeckung kann auch mindestens eine Öffnung zum Herausbefördern von Abwärme aus der von der Schutzabdeckung verschlossenen Aufnahme vorgesehen sein, wie beispielsweise die Öffnung in der Abdeckung 33“ über dem Lüfter 23“ zum Herausbefördern der vom Lüfter 23“ von einer Baugruppe wegbeförderten Abwärme aus der Aufnahme 32‘.
Die obere Gehäusehälfte 26 kann zudem Aufnahmen 34, 34' für die Kabelverbindungsanschlüsse 20‘, 20“ aufweisen, die so ausgebildet sein können, dass sie die Kabelverbindungsanschlüsse 20‘, 20“ vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit, EMV und auch mechanischen Belastungen abschirmen.
Weiterhin kann die obere Gehäusehälfte 26 einen integrierten Kühlkörper 35 insbesondere in Form von Kühlrippen aufweisen, der zum Kühlen von mindestens einer auf der Oberseite und/oder der Unterseite der Platine 12 angeordneten Baugruppe dienen kann. Auf der Unterseite der Platine 12 angeordnete Baugruppen können von unten gekühlt werden und auf der Oberseite der Platine 12 eine thermische Verbindung zum Kühlkörper 35 aufweisen.
Fig. 3 zeigt perspektivisch ein Steuergerät 10‘, das wie das in Fig. 1 und 2 gezeigte Steuergerät 10 modular durch zusätzliche Elektronikmodule erweiterbar ist und sich von diesem darin unterscheidet, dass ein anderes Elektronikmodul 22“ mit elektrischen Steckanschlüssen 23 in der Aufnahme 32 platziert ist und dementsprechend anders ausgebildete Schutzabdeckungen 33“, 33‘“ zur Abdeckung der Aufnahmen 32, 32' verwendet werden. Die Schutzabdeckung 33“ ist hierbei so ausgebildet, dass sie den Zugang zu den elektrischen Steckanschlüssen 23 des Elektronikmoduls 22“ von außerhalb des Steuergeräts 10' ermöglicht.
Fig. 4 zeigt dieses Steuergerät 10' im montierten Zustand, d.h. mit zusammengesetzten Gehäusehälften 24 und 26 und montierten Schutzabdeckungen 33“ und 33‘“ über den Aufnahmen für die Elektronikmodule.
Gut erkennbar ist in Fig. 4 auch die Ausrichtung der in den Aufnahmen 34, 34' vorgesehenen Kabelverbindungsanschlüsse, deren Flaupt-Steckachsen in einen Winkel von etwa 45° zu den Seitenkanten des Steuergerätes 10' verlaufen. Dadurch sind Kabelverbindungsanschlüsse beidseitig am Steuergerät 10, 10' um ca. 45° nach unten ausgerichtet, was von Vorteil für die Montage in einem Kraftfahrzeug sein kann.
Bezüglich der Figuren 5 und 6 sei nochmals auf den spiegelsymmetrischen Verlauf der Leiterbahn 18, 18' auf der entsprechenden Seite der Platine 12 zu der jeweiligen leitfähigen Abschirmwand 28, 30 hingewiesen. Im montierten Zustand der Steuergeräts, wenn beide Gehäusehälften 24 und 26 zusammengesetzt sind und sich die Platine 12 zwischen den Gehäusehälften befindet, sitzen die umlaufenden und zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Abschirmwände 28, 30 zumindest teilweise auf der Leiterbahn 18, 18' auf der entsprechenden Seite der Platine 12 auf, so dass der innere Bereich 14 der Platine 12 durch die Abschirmwände 28, 30 und die Gehäusehälften 24, 26 vor EMV-Einflüssen effizient abgeschirmt werden können. Insbesondere kann der innere Bereich 14 vom äußeren Bereich 16 elektrisch abgeschirmt werden, so dass EMV-Einflüsse von den Elektronikmodulen 22, 22‘, 22“ und ggf. den Kabelverbindungsanschlüssen 20‘, 20“ auf den inneren Bereich 14 vermieden oder zumindest unterdrückt werden können.
Gut in Fig. 6B bereits zu erkennen ist auch die Position der Modulverbindungsanschlüsse 20 an der Elektronikplatine 12 zum Anschluss optionaler Elektronikmodule im äußeren Bereich 16 außerhalb des durch die Leiterbahn 18 mit der Abschirmwand 30 abgeschirmten inneren Bereichs 14. Die Gehäusehälfte 26 ist über dem inneren Bereich 14 daher auch geschlossen, dh durch die Wandung des Gehäuses die Ausnahme 32 außen an der Außenwand von dessen innerem Bereich und insb. dem inneren Bereich 14 der Elektronikplatine 12 abgeschirmt.
Fig.7A skizziert eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die Kabelverbindungsanschlüsse 20‘, 20“ und optionalen elektrische
Steckanschlüsse 23 an den optionalen Elektronikmodulen 22 alle auf der gleichen Gehäuseseite angeordnet sind, wobei dies für die Grundfunktionen unerheblich ist. Fig. 7A dient primär dafür, die Lage des Schnitts zu verdeutlichen, der in Fig. 7B detailliert gezeigt wird.
So zeigt Fig. 7B einen Schnitt durch einen Teil der Baugruppe gemäß Fig. 7A. Beginnend in Fig.7B von unten ist die untere Gehäusehälfte 24 gezeigt, welche über dem inneren Bereich 14 der Hauptplatine 12 eine Kammer zeigt, in welcher Baugruppe auf dieser Hauptplatine 12 geschützt angeordnet sein können. Diese Kammer wird seitlich durch die Abschirmwand 30 abgegrenzt. Wie schon erläutert, erstreckt sich die Abschirmwand 30 bis zur unteren Seite der Hauptplatine 12 und ist dort in Kontakt mit der Erdungs-Leiterbahn 18. Auf der Oberseite der Hauptplatine 12 ist durch die obere Gehäusehälfte 26 ebenfalls eine Kammer für Bauelemente auf der Hauptplatine 12 ausgeformt, die seitlich wieder durch die entsprechende Abschirmwand 28 seitlich als auch durch die Wandung des Gehäuses 26 noch oben hin geschützt sind und zwar sowohl gegenüber der Umgebung als eben auch gegenüber dem optionalen Elektronikmodul 22, welches in der Aufnahme 32 angeordnet ist. Die Aufnahme 32 ist also außen am an sich geschlossenen Gehäuse angeordnet. Wie in Fig. 7B gut zu erkennen, erstreckt sich die Hauptplatine 12 über den inneren Bereich 14 (die Grenze ist durch die beiden Außenwände 28,30 zu erkennen) seitlich in den äußeren Bereich 16 hinaus und ist dort der Verbinder 25 für die Verbindung zwischen dem optionalen Elektronikmodul 22 mit dem Modulverbindungsanschluss auf der Hauptplatine angeordnet. Dadurch wird es möglich, das Steuergerät rein mit der Hauptplatine 12 voll geschützt durch die beiden geschlossenen Gehäusehälften 24,26 zu versenden, bspw. zwischen Zulieferern und OEMS oder sogar zu verwenden, wenn eben keine Elektronikmodule 22 erforderlich sind. Zudem kann aber das Steuergerät 10 jederzeit mit einem Elektronikmodul 22 nachgerüstet oder ein solches durch ein neues ersetzt werden, ohne dass die Gehäusehälften 24,26 geöffnet werden müssten. Damit ist und bleibt der innere Bereich 14 permanent geschützt. Einzig die zusätzliche äußere Abschirmung 33 wird dafür gegebenenfalls geöffnet.
Fig. 8A dreidimensionale Darstellung der Form und Lage von Elektronikplatine 12 und optionalen Elektronikmodulen 22 gemäß der Ausgestaltung gemäß Fig.7A ohne die Gehäusehälften 24 und 26. Diese Figur 8A dient aber primär zum besseren Verständnis der Fig. 7B. Fig. 8B zeigt nämlich die exakte Draufsicht auf die Lage der optionalen Elektronikmodule 22 über den verschiedenen Bereichen (14,16) der Elektronikplatine gemäß der Ausgestaltung gemäß Fig.7A. Besonders wichtig ist dabei den Verlauf der Erdungsbahn 18 auf der Hauptplatine 12 zu verfolgen, welcher im mittleren Bereich der Fig. 8B direkt sichtbar ist, unter dem von den Elektronikmodulen 22 Bereich jedoch hier skizzenhaft gestrichelt fortgesetzt wird, um letztlich die Lage von innerem Bereich 14 zu äußerem Bereich 16 auf der Elektronik(haupt)platine (12) zu verdeutlichen. Das Elektronikmodul 22 ist nämlich so angeordnet ist, dass ein erster Teil des Elektronikmoduls 22 den inneren Bereich 14 der Elektronikplatine (12) überdeckt. Dort befindet sich natürlich eigentlich die Wand der Gehäusehälfte 26 zwischen Elektronikmodul 22 und Elektronikplatine 12 und musste hier weggelassen werden, um 22 über 12 überhaupt darstellen zu können. Ein zweiter, also anderer Teil des Elektronikmoduls 22 ist über dem äußeren Bereich 16 der Elektronikplatine 12 angeordnet und dort über den mindestens einen Modulverbindungsanschluss 20 bzw. den dort angeordneten Verbinder 25 mit der Elektronikplatine 12 verbunden. Das Elektronikmodul 22 liegt also parallel über der Elektronikplatine 12 und überdeckt dabei mit einem Teil einen Teil des äußeren Bereichs 16 als auch mit einem anderen Teil einen Teil des inneren Bereichs 14, wobei in der Gehäusehälfte zwischen innerem Teil 14 und dem Elektronikmodul sich die Gehäusewand befindet, während die Gehäusehälfte 26 in dem den äußeren Bereich 16 überdeckenden Bereich eine Öffnung 37 für den Verbinder 25 aufweist, um das Elektronikmodul 22 mit dem Modulverbindungsanschluss 20 zu verbinden.
Fig.9A zeigt nochmals eine dreidimensionale Gesamtansicht der Ausgestaltung gemäß der Figuren 7 und 8mit zwei optionalen Elektronikmodulen (22), die hier hinter deren Schutzabdeckungen 33 verdeckt sind und hier nur anhand der optionalen Anschlüsse 23 erkennbar sind. Fig.9B zeigt im Vergleich dazu hingegen eine Ausgestaltung ohne optionale Elektronikmodule und offen verbleibender Aufnahme 32. Zum einen ist gut zu erkennen, wie die Gehäusewand der Gehäusehälfte den inneren Bereich der Flauptplatine weiterhin schützt, auch wenn die Aufnahme 32 an sich offenbleibt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist jedoch innerhalb der Aufnahme 32 eine Schutzabdeckung 36 über der Öffnung (37 unter 36 verdeckt) zum Modulverbindungsanschluss (20 hier ebenfalls verdeckt).
Aus diesem Grund zeigt Fig.lOA eine Draufsicht auf die Ausgestaltung ohne optionale Elektronikmodule und offen verbleibender Aufnahme 32 noch ohne Schutzabdeckung (36 hier eben weggelassen) und so die an sich darunter verdeckte Öffnung 37 in der Gehäusewand zum Modulverbindungs anschluss 22 bzw dem dort angeordneten Verbinder 25. Da in dieser Situation jedoch Umwelteinflüsse und EMV-Störungen zumindest in den äußeren Bereich 16 der Flauptplatine 12 gelangen könnten, wird diese Öffnung 37 vorzugsweise mit der Schutzabdeckung 36 verschlossen, wie in Fig.10B gezeigt, und zwar wenn eben das Steuergerät 10 ohne das optionale Elektronikmodul vertrieben oder betrieben werden soll. Ein Steuergerät mit einem Gehäuse wie hierin offenbart kann beispielsweise mit der Schutzart IP42 für einen Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C ausgelegt werden. Ein in das Gehäuse integrierter Kühlkörper kann beispielsweise aus AISi9Cu3 Aluminium-Druckguss hergestellt sein. Als Abdeckmaterial können AIMg3 Bleche aus Metall verwendet werden. Das Kühlkonzept kann aktiv (mit beispielsweise einem Lüfter 23“) und/oder passiv (mit beispielsweise einem in die Gehäusehälfte 26 integrierten Kühlkörper 35) implementiert sein.
Das hierin beschriebene Konzept eines modular erweiterbaren elektronischen Steuergeräts bietet insbesondere die nachfolgend aufgeführten Vorteile und Möglichkeiten:
- Es wird die Integration eines Elektronikmoduls in ein bestehendes Steuergerät ermöglicht, durch das die Funktionalität des Hauptmoduls des Steuergeräts flexibel erweitert werden kann.
- Es kann eine Störungsfreiheit aus EMV- und thermischen Gründen gewährleistet werden, da das Gehäuse die ein Hauptmodul implementierende Elektronikplatine eines Steuergeräts vor EMV- und thermischen Einflüssen abschirmen kann, so dass das Verhalten des Hauptmoduls auch durch ein zusätzliches an das Steuergerät angeschlossenes Elektronikmodul nicht durch EMV- oder thermische Einflüsse beeinträchtigt wird. Insbesondere kann dadurch die „Freedom from Interference“ nach ISO 26262 für sicherheitsrelevante Anwendungen im Fahrzeug gewährleistet werden.
- Auch nach der Produktion eines Steuergeräts können ein oder mehrere Elektronikmodule hinzugefügt werden, ohne dass das Gehäuse des Steuergeräts zum Freilegen der das Hautmodul des Steuergeräts implementierende Elektronikplatine freigelegt werden muss, was zu einem Verlust einer Herstellergarantie führen könnte.
- Es wird ein hohes Maß an Flexibilität erreicht. So kann beispielsweise, optional ein Kühlgebläse anstelle eines zusätzlichen Systems in das Steuergerät integriert werden. Bezuqszeichenliste
10 Steuergerät
12 Elektronikplatine
14 innerer Bereich der Elektronikplatine
16 äußerer Bereich der Elektronikplatine
18 geschlossene (Erdungs)-Leiterbahn auf der Elektronikplatine
20; 20‘“ Modulverbindungsanschlüsse an der Elektronikplatine zum Anschluss optionaler Elektronikmodule (22)
20‘, 20“ Kabelverbindungsanschlüsse
22, 22' optionale Elektronikmodule in Aufnahmen (32) außen an zumindest einer der Gehäusehälften
23 optionale elektrische Steckanschlüsse an den optionalen
Elektronikmodulen (22)
23“ optionaler Lüfter 24, 26 Gehäusehälften
25 Verbinder zwischen Elektronikplatine (12) und optionalem
Elektronikmodul (22)
28, 30 Abschirmwand
32, 32' Aufnahmen für optionale Elektronikmodule (22) außen an den Gehäusehälften
33, 33' Schutzabdeckungen für die Aufnahmen 32 und 32'
33“, 33‘“ Schutzabdeckungen für die Steckanschlüsse 23 und den optionalen Lüfter (23“)
34, 34' Aufnahmen für die Kabelverbindungsanschlüsse 20‘, 20“
35 Kühlkörper integriert in eine Gehäusehälfte
36 Schutzabdeckung innerhalb der Aufnahme (32) für die Öffnung (37) zum Modulverbindungsanschluss (20) für den Fall, dass kein Elektronikmodul (22) montiert ist
37 Öffnung in der Aufnahme (32) der Gehäusehälfte (26) für den Verbinder (25) zwischen Modulverbindungsanschluss (20) und Elektronikmodul (22)

Claims

ANSPRÜCHE
1. Modular erweiterbares elektronisches Steuergerät (10) aufweisend
- eine Elektronikplatine (12), bei der auf mindestens einer Seite im Bereich der Seitenränder eine Leiterbahn (18, 18‘) angeordnet ist, die einen ersten, inneren Bereich (14) der Seite umschließt und von einem äußeren Bereich (16) der Seite trennt, wobei im äußeren Bereich (16) mindestens ein Modulverbindungsanschluss (20) zum elektrischen Verbinden der Elektronikplatine (12) mit zumindest einem Elektronikmodul (22, 22‘) angeordnet ist,
- ein zwei Hälften (24, 26) aufweisendes Gehäuse zur Aufnahme der Elektronikplatine (12), wobei mindestens eine Gehäusehälfte (24, 26) eine umlaufende zumindest teilweise elektrisch leitfähige Abschirmwand (28, 30) aufweist, die im montierten Zustand des Gehäuses zumindest teilweise auf der mindestens auf einer Seite der Elektronikplatine (12) angeordneten Leiterbahn (18, 18‘) aufsitzt und einen elektrischen Kontakt zwischen der Leiterbahn (18, 18‘) und der zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Abschirmwand (28, 30) der jeweiligen Gehäusehälfte (24, 26) bewirkt,
-wobei mindestens eine Gehäusehälfte (26) mindestens eine von außerhalb des Gehäuses im montierten Zustand zugängliche Aufnahme (32, 32‘) für das zumindest eine Elektronikmodul (22, 22‘) aufweist, so dass das zumindest eine Elektronikmodul (22, 22‘) außen an der Gehäusehälfte (26) anordenbar ist
-wobei die mindestens eine Aufnahme (32, 32‘) so angeordnet ist, dass das zumindest eine, in der Aufnahme außen an der Gehäusehälfte platzierbare Elektronikmodul (22, 22‘) elektrisch mit dem mindestens einen, im äußeren Bereich (16) der Elektronikplatine (12) angeordneten Modulverbindungsanschluss (20) elektrisch verbunden werden kann, und -wobei die Elektronikplatine (12) elektrische Verbindungen zwischen dem mindestens einen Modulverbindungsanschluss (20) und einer oder mehreren, auf dem inneren Bereich (14) angeordneten elektronischen Baugruppen aufweist.
2. Steuergerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme außen an der Wand der Gehäusehälfte gebildet ist, wobei die Wand der Gehäusehälfte in der Aufnahme zwischen Elektronikmodul (22, 22‘) und Elektronikplatine (12) angeordnet ist.
3. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (22, 22‘) in der Aufnahme (32) so angeordnet ist, dass ein erster Teil des Elektronikmoduls (22, 22‘) den inneren Bereich (14) der Elektronikplatine (12) überdeckt, wobei sich dort die Wand der Gehäusehälfte (26) zwischen Elektronikmodul (22, 22‘) und Elektronikplatine (12) befindet und ein zweiter Teil des Elektronikmoduls (22, 22‘) über dem äußeren Bereich (16) der Elektronikplatine (12) angeordnet ist und dort über den mindestens einen Modulverbindungsanschluss (20) mit der Elektronikplatine (12) verbunden ist.
4. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (12) eine mehrlagige Platine ist, wobei die elektrischen Verbindungen zwischen dem mindestens einen Modulverbindungs-anschluss (20) und einer oder mehreren, auf dem inneren Bereich (14) angeordneten elektronischen Baugruppen in einer oder mehreren inneren Lagen der mehrlagigen Platine ausgeführt sind.
5. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (12) ausgebildet ist, Standard-Funktionen des Steuergeräts zu implementieren, und der mindestens eine Modulverbindungsanschluss (20) ausgebildet ist, über ein an ihn angeschlossenes Elektronikmodul (22, 22‘) weitere Funktionen des Steuergeräts über das angeschlossene Elektronikmodul (22, 22‘) zu implementieren.
6. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, , dadurch gekennzeichnet, dass es derart ausgebildet ist, dass ein an den mindestens einen Modulverbindungsanschluss (20) angeschlossenes Elektronikmodul (22, 22‘) ohne Auseinandernehmen der Gehäusehälften (24, 26) des Gehäuses des Steuergeräts (10) ausgetauscht werden kann.
7. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Aufnahmen (32, 32‘) ausgebildet ist, ein Elektronikmodul (22‘) mit einem Kühlelement (23“) aufzunehmen.
8. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufnahmen (32, 32‘) Schutzabdeckungen (33, 33‘) vorgesehen sind, die zur Befestigung an einer der Gehäusehälften (34) ausgebildet sind.
9. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Gehäusehälften (34) einen integrierten Kühlkörper (35) zum Kühlen von mindestens einer auf der Elektronikplatine (12) angeordneten Baugruppe aufweist.
10. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im äußeren Bereich (16) der Elektronikplatine (12) mindestens ein Kabelverbindungsanschluss (20‘, 20“) angeordnet ist und die Elektronikplatine (12) elektrische Verbindungen zwischen dem mindestens einen Kabelverbindungsanschluss (20‘, 20“) und einer oder mehreren, auf dem inneren Bereich (14) angeordneten elektronischen Baugruppen aufweist, wobei mindestens eine Gehäusehälfte (26) für jeden Kabelverbindungsanschluss (20‘, 20“) eine Aufnahme (34, 34‘) aufweist.
11. Steuergerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kabelverbindungsanschluss (20‘, 20“) in einem Eckbereich der Elektronikplatine (12) angeordnet ist, und insbesondere jeder Kabelverbindungsanschluss (20‘, 20“) derart in einem Eckbereich der Elektronikplatine (12) angeordnet ist, dass die Steckrichtung jedes
Kabelverbindungsanschlusses (20‘, 20“) einen Winkel von etwa 45° zu den Seitenkanten der Elektronikplatine (12) in der Seitenebene aufweist.
12. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass solange in einer Aufnahme außen am Gehäuse kein Elektronikmodul (22) montiert ist, eine Schutzabdeckung (36) vorgesehen ist, welche innerhalb der Aufnahme (32) angeordnet die Öffnung (37) zu dem zumindest einen Modulverbindungsanschluss (20) abdeckt.
13. Elektronikmodul (22), das zum Erweitern der Funktionalität eines
Steuergeräts (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und eine Elektronikplatine (23) aufweist, wobei auf einer Seite der Elektronikplatine (23) ein Verbindungsanschluss (25) derart angeordnet ist, dass beim Platzieren der Elektronikplatine (23) in einer Aufnahme (32) einer Gehäusehälfte (26) des Steuergeräts (10) der
Verbindungsanschluss (25) elektrisch einen Modulverbindungsanschluss (20) der Elektronikplatine (12) des Steuergeräts (10) kontaktiert.
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