WO2021259920A1 - Telematikvorrichtung und kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2021259920A1
WO2021259920A1 PCT/EP2021/066969 EP2021066969W WO2021259920A1 WO 2021259920 A1 WO2021259920 A1 WO 2021259920A1 EP 2021066969 W EP2021066969 W EP 2021066969W WO 2021259920 A1 WO2021259920 A1 WO 2021259920A1
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WO
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board
telematics device
antenna
circuit board
telematics
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PCT/EP2021/066969
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Christian ARENDT
Omid PAHLEVAN SHARIF
Guenter Rohr
Markus Wudy
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/3208—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used
    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K2201/10098—Components for radio transmission, e.g. radio frequency identification [RFID] tag, printed or non-printed antennas

Definitions

  • Exemplary embodiments relate to a telematics device with a housing.
  • a telematics device can be used, for example, in motor vehicles in order to enable radio connections of the motor vehicle by means of different radio standards. Accordingly, one embodiment relates to a motor vehicle with such a telematics device.
  • Modern motor vehicles are equipped with a large number of networking technologies. These enable the vehicle to be connected to the outside world, e.g. via cellular communications (e.g. 3G, 4G or 5G) or so-called V2X (Vehicle-To-X) wireless technologies. Connections between the vehicle and a user or their mobile device can take place, for example, via Bluetooth or Wi-Fi (e.g. local radio standards); The vehicle can be positioned using satellite-supported positioning systems, e.g. GNSS (Global Navigation Satellite Systems).
  • a telematics control unit (abbr .: TCU: telematics control unit) represents a central connectivity gateway.
  • an e-call (emergency call) functionality e.g. automatic emergency call function) can be implemented via the TCU.
  • Telecommunication modules or telematics control units are usually subject to the development cycles of vehicles (e.g. four to five years), whereas consumer electronics are subject to shorter development cycles (e.g. one year). Compared to entertainment electronics, vehicles can therefore sometimes provide or support out-of-date (i.e. state of the art) communication technologies.
  • replacing the telematics control unit may not be possible or may be very costly for reasons of compatibility.
  • changes in the telematics control device can lead to a necessary new certification, so that this should generally be avoided after successful certification of the component.
  • Changes to a telematics unit in the vehicle area can therefore lead to high additional costs. This presents difficulties in particular with regard to the previously mentioned different development cycles in comparison between the entertainment industry (e.g. mobile radio devices) and the automotive industry.
  • a telematics device with a housing is proposed.
  • the telematics device is designed for use in a vehicle.
  • the telematics device comprises a first circuit board, an electronic control unit of the telematics device being arranged on the first circuit board.
  • the telematics device further comprises a second circuit board, at least one antenna of the telematics device being arranged on the second circuit board.
  • the first circuit board and second circuit board are arranged together in the housing and coupled by means of at least one electrical connection element.
  • further separate circuit boards e.g. third and / or fourth circuit board
  • each having one or more antennas can be provided, which can each be coupled to the first circuit board.
  • a modular structure of the telematics device for example a telematics control device in a vehicle, can be achieved.
  • the size of the telematics device can be reduced by using the common housing.
  • the requirements for the first circuit board (for example PCB; printed circuit board) with the electronic control unit can differ from the requirements for the second circuit board. Due to the modular structure, for example, different circuit boards can advantageously be used, which can bring about an improved function and / or reduced overall costs.
  • an effective height for example starting from a metallic base plate of the housing) can be an important aspect.
  • the first circuit board can be populated on both sides, and the separation of at least the first and second circuit board enables, for example, an offset of the two circuit boards in the z-direction (ie in the direction of the height of the housing).
  • the total height of the housing depends solely on the height of the antenna (e.g. a vertical extension of the circuit board equipped on both sides can be less than a vertical extension of the antenna, with both elements completely in the vertical direction can be arranged overlapping).
  • a single one of the two boards can be replaced if, for example, the requirements for the radio standards change. In other words, the entire telematics device does not have to be replaced if necessary.
  • only the first board with the electronic control unit can be exchanged and the second board with the at least one antenna can be retained, whereby a new development and / or renewed certification and / or validation of the second board can be avoided.
  • a motor vehicle with a corresponding telematics device is also proposed.
  • An advantage can be that the telematics device can be changed flexibly, e.g. updated, e.g. without further (e.g. geometry-relevant) changes in the motor vehicle being necessary (e.g. adaptation of the installation space for the telematics device). This makes it easier, for example, to adapt a long-life motor vehicle to current, short-lived radio standards, so that connectivity of the motor vehicle with current radio devices can be made possible by means of the modular telematics device.
  • 1 shows a schematic example of a telematics device
  • 2 shows a schematic example of a telematics device with a recess in a circuit board of the telematics device
  • Fig. 3 is a schematic example of a telematics device with two separate antenna boards to;
  • 4a, b show an example of a modular telematics control device
  • FIG. 5 shows an example of a modular telematics control device with a first
  • Antenna board for cellular antennas and a second antenna board for an antenna of a satellite navigation system and
  • FIG. 6 shows an example of a telematics device with antennas arranged both on the antenna board and on the ECU board.
  • the antenna and telematics control unit are designed as two separate components (e.g. in separate housings). These can be directly linked to each other (e.g. Roof antenna and roof TCU) or via coaxial cable.
  • the first variant can reduce the signal attenuation caused by the coaxial cable in order to increase signal reception or signal transmission performance.
  • an integration of mobile radio, GNSS and SD ARS antennas in the volume of the telematics control device can be provided before (e.g. in a single module), e.g. to reduce electrical losses that would be introduced into the system through plug connections and the geometric Package of the system network (e.g. the installation volume) as well as the effort associated with the assembly of the system.
  • Modules designed in this way are, for example, permanently attached to the shell of the vehicle in the same way or directly to the outer roof skin of the vehicle.
  • Such concepts sometimes have a major impact on the design of the integration volume (e.g. installation volume) in the vehicle. Since this is usually selected for antenna systems and telematics devices in the roof area of the motor vehicle and the module must not be covered by electrically shielding components such as sheet metal or CFRP, in order to avoid strong shielding of the signal power, for example, appropriate glass or plastic surfaces must be in the exterior -Design of the vehicle must be taken into account. This means, for example, that telematics modules with integrated antenna components should be taken into account in vehicle planning right from the start. An integration of such concepts in already existing vehicle designs can, for example, lead to a multiplication of the development effort and thus be cost-intensive.
  • electrically shielding components such as sheet metal or CFRP
  • FIG. 1 accordingly shows a schematic representation of a telematics device 10 comprising a housing 10a.
  • the telematics device 10 further comprises a first circuit board 11, a control unit 11a of the telematics device 10 being arranged on the first circuit board 11.
  • the telematics device 10 further comprises a second circuit board 12, at least one antenna 14 of the telematics device 10 being arranged on the second circuit board 12. It is provided that the first circuit board 11 and second circuit board 12 are arranged together in the housing 10a and are coupled by means of at least one electrical connection element 15 (for example a circuit board connector).
  • the telematics device 10 can form a telematics control device with an integrated antenna for a motor vehicle.
  • the modular structure with separate circuit boards 11, 12 enables greater flexibility with regard to the use of more up-to-date components. For example, only one of the two circuit boards has to be replaced if necessary, provided the other circuit board is still up-to-date.
  • the first board 11 can have a higher number of layers than the second board 12.
  • Layers in boards describe the electrically conductive layers in boards that are stacked one on top of the other. So-called multi-layer boards can, for example, require less installation space and / or provide an improved function of the board. However, boards with more layers are more expensive.
  • the separate structure can make it possible to use only as many layers as actually required for the respective circuit board.
  • the second circuit board 12 with the antenna 14 may require fewer layers than the first circuit board 11 with the electronic control unit 11a.
  • an underside of the first board is arranged offset upwards with respect to an underside of the second board.
  • the top and bottom of the first circuit board can be equipped with electronic components.
  • the antenna of the second circuit board can have a greater height than the first circuit board and the first circuit board can be arranged centrally in relation to a vertical extension of the antenna. In this way, better use can be made of the installation space in the housing 10a, for example.
  • the first circuit board at a different height, for example the overall size of the housing 10a and thus the telematics device 10 can be reduced.
  • better heat dissipation from the first circuit board can also be made possible through the equipping on both sides (e.g. by means of a metallic base plate of the telematics device 10).
  • At least two antennas 14, 14a are arranged on the second circuit board 12.
  • a plurality of antennas can be mounted on the second circuit board 12.
  • the at least two antennas can each be arranged in different corner areas of the second circuit board. Such an arrangement can enable an advantageous function of the spark properties (e.g. for improved simultaneous use of the antennas).
  • the at least two antennas 14, 14a of the second circuit board 12 are designed for operation in at least two different radio standards.
  • the telematics device 10 is for operation in at least one radio standard from a mobile radio standard, a local radio network standard or a satellite-based radio standard.
  • the first antenna 14 can be a cellular antenna (for example LTE antenna) and the second antenna 14a can be an antenna for a satellite-based navigation system (for example GNSS antenna or HP (high precision) GNSS antenna for performing a high Precision (HP) GNSS radio standards).
  • radio standards such as the 3GPP mobile communication standard (such as 2G, 3G, 4G or 5G), standards for a wireless local area network (WLAN; for example in accordance with the IEEE 802.11 standard of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE), standards for data transmission over short distances (such as IEEE 802.15, also known as Bluetooth), and / or standards for near field communication (NFC) can be provided.
  • radio standards such as SD ARS (Satellite Digital Audio Radio Services) for satellite radio and / or C2X / V2X (car-to-X / vehicle-to-X) and / or DSRC (Dedicated Short Range Communication) for direct car to-car or car-to-infrastructure communication can be provided.
  • FIG 2 shows a schematic example of a telematics device 20 with a recess 21 in the second board 12 of the telematics device 20.
  • the first board is arranged at least partially within the recess of the second board (in the example of FIG the recess 21 arranged).
  • the arrangement of the first board 11 in the recess 21 can make it possible to use the available installation space particularly well.
  • the second board is rectangular and the recess is provided in the middle on one side of the rectangle.
  • antennas can be arranged at the corner areas of the second circuit board 12 also on the side of the recess 21, with the free central area being able to be used efficiently for the arrangement of the first circuit board 11.
  • Such an arrangement of the antennas e.g. mobile radio antennas
  • the second circuit board 12 can have at least one further cutout.
  • a further (for example third board) can be arranged.
  • a battery for example, can be arranged in the further recess, which battery can enable the telematics device 20 to function independently even when the vehicle's electrical system is disconnected. In this way, for example, an emergency call function can also be possible in the event that the telematics device 10 is disconnected from the vehicle's electrical system.
  • several cellular antennas can be provided in order to enable parallel use for higher data rates or redundant use for better reception.
  • the first circuit board 11 can be made by means of a single electrical connection 15 (for example plug; for example board-to-board (B2B) connector).
  • FIG. 2 shows the possibility of additionally using a second connecting element 15, for example to implement corresponding line path lengths between the respective antennas of the second board 12 and the electronic control unit 11a of the first board 11.
  • the first and second circuit boards 11, 12 can thus be coupled by means of two or more separate electrical connection elements 15, 15a.
  • the first circuit board 11 of the telematics device 20 can have at least one plug 22 (e.g. connection element) which is arranged on an outer side 23 of the first circuit board 11, the at least one plug 22 forming an external connection of the telematics device 20.
  • plug 22 e.g. connection element
  • the outside 23 Several different plugs are advantageously provided on the outside 23. This enables the telematics device 20 to be connected to a motor vehicle, for example a cable harness of the motor vehicle.
  • the telematics device 20 advantageously has external plugs only on one outside 23, so that the telematics device 20 can be mounted particularly easily.
  • FIG. 2 may have one or more optional additional features that correspond to one or more aspects that arise in connection with the proposed concept or with one or more above (e.g. FIG. 1) or below (e.g. FIG. 3 -6) describedwallsbei play are mentioned.
  • Fig. 3 shows a schematic example of a telematics device 30 with two separate antenna boards to.
  • the telematics device 30 has a third circuit board 13 on which at least one antenna 31 of the telematics device 30 is arranged.
  • the antenna 31 can support the same mobile radio standard as the antenna 14 and / or antenna 14a of the second board 12.
  • the antennas of the different antenna boards can be designed for different applications.
  • the antenna 14 of the second circuit board 12 can be designed for operation in a cellular radio standard and the Antenna 31 of the third board 13 to be formed for operation in a satellite-based radio standard.
  • a cellular radio antenna and a GNSS antenna of the telematics device 30 can be arranged on different boards, for example antenna PCBs.
  • antenna PCBs For example, antenna PCBs.
  • the third board 13 is coupled to the control unit by means of a connecting element 32 with the control unit in accordance with the necessary connection to the first board 11.
  • FIG. 3 may have one or more optional additional features that correspond to one or more aspects that are related in connection with the proposed concept or with one or more above (e.g. Fig. 1-2) or below (e.g. Fig 4a-6) described embodiment examples are mentioned.
  • the telematics control device 40 has a first circuit board 41 which is arranged in a cutout in a second circuit board 42.
  • the first board can comprise control electronics and can therefore be referred to as an ECU board (abbreviation: electronic control unit) or ECU-PCB (printed circuit board).
  • Antennas 43, 44, 45 are arranged on the second circuit board 42, so the second circuit board 42 can be referred to as an antenna circuit board or antenna PCB.
  • the outer antennas 43 can be cell phone antennas, the further antennas 44, 45 can be antennas for satellite-based navigation systems, for example a GNSS antenna and / or optionally an SDARS antenna (for example antenna 44).
  • Further electronics 46 can also be arranged on the antenna board 42 (for example semiconductor component).
  • the first board 41 has a connecting element 15a and the second board 42 has a connecting element 15b in order to enable a signal connection of the boards (for example board-to-board connector).
  • On the outside of the first board 41 e.g. an outside of the telematics control device 40
  • external connections 47a e.g. MQS (Micro Quadlock System) or Nano-MQS
  • 47b e.g. bus system connection; e.g.
  • LIN bus e.g. CAN bus; e.g. Ethernet
  • 47c e.g. coaxial connector, e.g. designed according to the FAKRA (specialist working group for the automobile) standard
  • plug connection connections e.g. plug connection connections.
  • a modular structure which provides a separation of the electronic control unit (ECU; electronic control unit) -PCB from the PCB with the antenna components.
  • the two PCBs are connected with an interface, preferably a board-to-board (B2B) connector.
  • B2B connector The positioning of the B2B connector and the antenna components is, for example, chosen so that the connecting lines, preferably microstrip lines, are routed as short as possible over the circuit board material, e.g. FR4, in order to avoid attenuation losses, especially at high frequencies (communication in high Frequency bands).
  • a game structure (top view) for the embodiment described is shown in Fig. 4a.
  • the ECU-PCB is, for example, equipped with plugs for connection to the on-board network and a vehicle bus.
  • An additional connection for external antennas (cellular network, V2X, etc.) or the transmission of the SDARS signal (e.g. for applications in the USA) to a tuner control device (e.g. a 4-way FAKRA) can complete the external connections.
  • the telematics control device 40 can be designed so that, for example, further external antennas (i.e. outside the housing of the telematics control device 40) can be connected to the control unit. Since the control device PCB is located e.g. on one side, e.g. the short side of the control device housing (e.g. outside 23), all external connectors protrude, for example, to one side of the housing of the TCU (e.g. telematics device, e.g. telematics control unit).
  • the modular structure of the TCU enables, for example, the ECU PCB to be used in several TCU variants (through different assembly variants).
  • a B2B connector can be used, which ensures the direct connection to the antenna PCB.
  • the antenna PCB 41 contains at least one, preferably four mobile radio antennas 43 (e.g. MIMOL, MIM02, MIM03, MIM04) and a GNSS antenna 45, preferably a stacked GNSS antenna for receiving several GNSS frequency bands (e.g. L1 / L2 / L5 / RTK).
  • An SDARS antenna 44 can optionally be provided.
  • a recess for example in addition to the recess for the ECU PCB
  • a backup battery for example eCall without on-board network connection
  • 4b also shows the side view of the telematics control device 40.
  • the first circuit board 11 with the ECU components can be introduced into the control device housing (for example housing 10a) (screw connection , Inset, etc.).
  • the telematics control device 40 can have a metallic base plate 48.
  • a metallic base plate 49 can also be arranged below the antennas 43 (for example cell phone antennas).
  • a single metallic base plate can be provided as the bottom of the telematics control device 40.
  • the antenna PCB 42 (for example second circuit board 12) and the ECU PCB 41 (for example first circuit board 11) are preferably spatially offset in the z-direction (for example in the direction of the height of the housing as can be seen in FIG. 4b) in order to to be able to reserve as much height as possible for the antenna function and still enable the ECU-PCB 41 to be fitted on both sides.
  • the antenna PCB 42 can fill the entire or, if advantageous for the antenna function, only a partial area of the TCU housing area.
  • the recess of the antenna PCB 42 at suitable locations can be used to reduce weight and costs on the one hand, and the saved height can be advantageous for the antenna function on the other hand.
  • the antenna function can also be fine-tuned / improved with deliberately placed recesses in the metallic underside of the TCU housing.
  • the antenna board 42 can be realized with fewer layers than the ECU PCB 41. This can, for example, enable cost savings.
  • Fig. 4a, 4b can have one or more optional additional features that correspond to one or more Aspek th in connection with the proposed concept or with one or more above (e.g. Fig. 1-3) or below ( Eg Fig. 5-6) Aust described examples are mentioned approximately.
  • Fig. 5 shows an embodiment of a telematics control device 50 with three separate Plati NEN 41, 42, 51.
  • satellite-based navigation system is arranged on the separate third circuit board 51.
  • This further increases the modularity of the telematics control device 50.
  • the second board 42 or its antenna technology can be changed without having to change the antenna 45.
  • further connection elements 15c, 15d are provided which enable a corresponding board connection.
  • the antennas for satellite services are located on an additional, separate PCB, so that the housing 10a of the telematics module (e.g. telematics device 10) contains a total of three PCBs within the framework of a modular architecture ( ECU-PCB, e.g. the first circuit board 11, 41; mobile radio / WIFI / V2X antennae PCB, e.g. the second circuit board 12, 42; GNSS and / or SDARS antennae PCB, e.g. the third circuit board 13, 51) .
  • ECU-PCB e.g. the first circuit board 11, 41
  • mobile radio / WIFI / V2X antennae PCB e.g. the second circuit board 12, 42
  • GNSS and / or SDARS antennae PCB e.g. the third circuit board 13, 51
  • FIG. 5 may have one or more optional additional features that correspond to one or more aspects that arise in connection with the proposed concept or with one or more above (e.g. Fig. 1-4b) or below (e.g. Fig . 6) Described execution examples are mentioned.
  • FIG. 6 shows an example of a further telematics device 60, the first circuit board 41 being arranged in a free corner area of the second circuit board 42.
  • one of the four antennas 43 is arranged on the ECU board 41 together with the electronic control unit (not shown) instead of on the antenna board 42.
  • the plug connections of the external connections 47a, 47b, 47c it may be possible to arrange the plug connections of the external connections 47a, 47b, 47c differently, so that the antenna 43 can be arranged in the outer corner area (top left; e.g. corner area of the housing) of the ECU board, for example around a to achieve better antenna function.
  • the antenna (for example mobile radio antenna) 43 which is arranged on the ECU PCB 41 can be used, for example, when the e-call function is required, in order to send out an emergency call.
  • the antenna 43 of the ECU-PCB 41 can be used as a fourth antenna for the multi-antenna system (for example, an operation is the same as that shown in FIGS. 4a and 5) Examples possible).
  • the telematics device 60 shown can have the advantage that the antenna 43 arranged on the ECU circuit board 41 can also be used in the event that the connecting elements 15a, 15b, 15c, 15d do not allow the two circuit boards to be connected (e.g. separate connecting elements; e.g. defect).
  • FIG. 6 may have one or more optional additional features that correspond to one or more aspects that are described in connection with the proposed concept or with one or more exemplary embodiments described above (e.g. FIGS. 1-5) or below are imagined.
  • the GNSS patch / patches can be implemented in connection with a positioning receiver on a separate PCB (separate from the antenna and the ECU -PCB).
  • the modular separation can be further developed according to further exemplary embodiments, e.g. each individual antenna component can be connected to the ECU-PCB on a separate circuit board.
  • a modular structure of the control electronics (e.g. control unit 11a) on the ECU PCB (e.g. first circuit board 11) can also be advantageous.
  • the examples shown above relate to the modularity of a telematics control device with regard to antenna and control device board.
  • a modular TCU (telematics control unit) architecture is proposed, for example.
  • the presented concepts enable e.g. the use of an ECU-PCB variant (for example the first circuit board 11) for different TCU variants in varying housings.
  • the concepts presented allow compatibility of one and the same ECU-PCB (e.g. with different assembly variants) with internal antennas integrated in the TCU housing, a directly contacted (roof) antenna and / or with external (distributed) antenna components .
  • One and the same (e.g. fully developed and certified) ECU-PCB can thus be used, for example, for newly developed as well as for existing vehicles. This can reduce certification and development costs, for example.
  • the same software as that can be used.
  • certification can be reduced to individual (eg newly developed) subcomponents that are to be exchanged, for example.
  • the modularity enables, for example, better use of space in the control unit (TCU), since individual elements can be accommodated on several levels. Since the height of the TCU is e.g. Oriented to the size of the connector (e.g. output connector), when using a single PCB (printed circuit board) there is usually a lot of empty space in the housing that remains unused.
  • PCBs can advantageously be designed to meet the requirements.
  • the larger antenna PCB can be designed with two layers, whereas the ECU PCB requires six or more layers.
  • the more expensive PCP with more layers therefore does not have to be used for all components, which can reduce costs.
  • the rigid components include, for example, the emergency call components as well as the V2X (communication from vehicle to vehicle, infrastructure and / or other participants) components, components for high-precision positioning (e.g. GNSS) and components for functional safety .
  • the high-precision positioning and the associated proportions of functional safety are used, for example, in autonomous driving. For example, dependencies between different certification classes can be avoided. Proportions or components that have to be adapted to the overall system (e.g.

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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

TELEMATIKVORRICHTUNG UND KRAFTFAHRZEUG
Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele betreffen eine Telematikvorrichtung mit einem Gehäuse. Eine derartige Telematikvorrichtung kann beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, um Funkver bindungen des Kraftfahrzeugs mittels verschiedener Funkstandards zu ermöglichen. Entspre chend betrifft ein Ausführungsbeispiel ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Telematikvorrich tung.
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) er möglicht 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 Ent wicklungszyklen von Fahrzeugen (z.B. vier bis fünf Jahre), wohingegen Unterhaltungselektro nik kürzeren Entwicklungszyklen unterliegt (z.B. ein Jahr). Im Vergleich zu Unterhaltungs elektronik können Fahrzeuge deshalb mitunter nicht aktuelle (d.h. state of the art) Kommuni kationstechnologien 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 mobi- ler Kommunikationsnetzwerke bestimmt werden, zu reagieren. Das Lebensende einer Kommu nikationstechnologie erfordert die Aktualisierung des Telekommunikationsmoduls eines be reits im Betrieb befindlichen Fahrzeugs, um auch neue (zukünftige) Mobilitätsfunktionen zu unterstützen.
Ein Austausch des Telematiksteuergeräts kann in manchen Fällen jedoch aus Kompatibilitäts gründen nicht möglich oder sehr kostenintensiv sein. Beispielsweise können Änderungen im Telematiksteuergerät zu einer notwendigen neuen Zertifizierung führen, sodass diese nach er folgreicher 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 Entwicklungs zyklen im Vergleich zwischen Unterhaltungsindustrie (z.B. Mobilfunkgeräte) und Automobil industrie Schwierigkeiten dar.
Zusammenfassung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, verbesserte Konzepte für Telematikvorrich tungen insbesondere zum Einsatz in Fahrzeugen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche. Wei tere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Patentansprüchen, der folgen den 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 Telematikvor richtung 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 ange ordnet 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 redu zierte Gesamtkosten bewirken kann. Für Antennen kann insbesondere bei der Verwendung in Fahrzeugen eine effektive Höhe (z.B. ausgehend von einer metallischen Grundplatte des Ge häuses) 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. Da mit kann z.B. auch bei beidseitiger Bestückung der ersten Platine eine Gesamthöhe des Gehäu ses allein von einer Höhe der Antenne abhängen (z.B. kann eine vertikale Erstreckung der beid seitig 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 Telema tikvorrichtung ausgetauscht werden. Zum Beispiel kann lediglich die erste Platine mit der elekt ronischen Steuereinheit getauscht werden und die zweite Platine mit der zumindest einen An tenne 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.
Figurenkurzbeschreibung
Ausfühmngsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Beispiel einer Telematikvorrichtung; Fig. 2 ein schematisches Beispiel einer Telematikvorrichtung mit einer Aussparung in einer Platine der Telematikvorrichtung;
Fig. 3 ein schematisches Beispiel einer Telematikvorrichtung mit zwei separaten An tennenplatinen;
Fig. 4a, b ein Beispiel eines modular aufgebauten Telematiksteuergerätes;
Fig. 5 ein Beispiel eines modular aufgebauten Telematiksteuergerätes mit einer ersten
Antennenplatine für Mobilfunkantennen und einer zweiten Antennenplatine für eine Antenne eines Satelliten-Navigationssystems; und
Fig. 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 bei liegenden 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 bei gefügten 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 dazwi schenliegende 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 An tenne und Telematiksteuergerät (telematics control unit; kurz TCU) als zwei separate Kompo nenten (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 SD ARS -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 Sys tems verbundenen Aufwand zu reduzieren. Derartig ausgeführte Module werden z.B. rohbau fest 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 übli cherweise 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 Telema tiksteuergerätes 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.
Figur 1 zeigt entsprechend eine schematische Darstellung einer Telematikvorrichtung 10 um fassend 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. Pla- tinen-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 Ein satzes 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 Pla tinen, 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 Unter seite 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 beid seitige 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 Funkeigen schaften 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 Telema tikvorrichtung 10 zum Betrieb in zumindest einem Funkstandard aus einem Mobilfunkstandard, einem lokalen Funknetz Standard oder einem satellitengestützten Funkstandard ausgebildet. So mit 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-An- tenne oder HP (high precision)-GNSS-Antenne für die Ausführung eines High Precision (HP) GNSS-Funkstandards). Im Allgemeinen können Funkstandards wie Mobilkommunikations standard des 3GPP (wie etwa 2G, 3G, 4G oder 5G), Standards für ein drahtloses lokales Netz werk (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 Stan dards zur Nahfeldkommunikation (Near Field Communication, NFC) vorgesehen sein. Ferner können z.B. Funkstandards wie SD ARS (Satellite Digital Audio Radio Services) für Satelliten radio 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.
Fig. 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 Fig. 2 ganz in der Aussparung 21 angeordnet). Die Anordnung der ersten Platine 11 in der Aussparung 21 kann ermöglichen, den vorhandenen Bauraum besonders gut auszu nutzen. 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 zwei ten 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 Fahr zeugs 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 Nut zung für höhere Datenraten oder eine redundante Nutzung für besseren Empfang zu ermögli chen. 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 Lei tungsverlusten auch mehrere elektrische Verbindungselemente genutzt werden. Fig. 2 zeigt die Möglichkeit, zusätzlich ein zweites Verbindungselement 15 zu nutzen, z.B. um entsprechende Leitungs weglängen zwischen jeweiligen Antennen der zweiten Platine 12 und der elektroni schen 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 ange ordnet ist, wobei der zumindest eine Stecker 22 einen Außenanschluss der Telematikvorrich tung 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 Te lematikvorrichtung 20 nur an der einen Außenseite 23 Außenstecker auf, sodass die Telematik vorrichtung 20 besonders einfach montiert werden kann.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschrie benen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in Fig. 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 meh reren vorstehend (z.B. Fig. 1) oder nachstehend (z.B. Fig. 3-6) beschriebenen Ausführungsbei spielen erwähnt sind.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Beispiel einer Telematikvorrichtung 30 mit zwei separaten An tennenplatinen. 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 aus gebildet sein. Mit anderen Worten können z.B. eine Mobilfunkantenne und eine GNSS-An- tenne der Telematikvorrichtung 30 auf unterschiedlichen Platinen, z.B. Antennen-PCBs, ange ordnet 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 Verbindungs elements 32 mit dieser gekoppelt.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschrie benen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in Fig. 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 meh reren vorstehend (z.B. Fig. 1-2) oder nachstehend (z.B. Fig. 4a-6) beschriebenen Ausführungs beispielen erwähnt sind.
Fig. 4a und 4b zeigen ein Beispiel eines Telematik-Steuergerätes 40 (z.B. Telematikvorrich tung) 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) oderNano-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 Fig. 4a wird ein modularer Aufbau realisiert, der eine Trennung der Electronic Control Unit (ECU; elektronische Steuereinheit)-PCB von der PCB mit den An tennenkomponenten 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, vorzugs weise 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 Bei Spielaufbau (Draufsicht) für das beschriebene Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4a dargestellt.
Die ECU-PCB ist z.B. mit Steckern für den Anschluss an das Bordnetz sowie einen Fahrzeug bus 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 wer den können. Da die Steuergeräte-PCB z.B. an einer Seite, z.B. der kurzen Seite des Steuerge rätegehäuses (z.B. Außenseite 23), verortet ist, stehen alle externen Konnektoren beispielsweise zu einer Gehäuse-Seite der TCU (z.B. Telematikvorrichtung, z.B. Telematik-Steuergerät) her aus.
Der Modulare Aufbau der TCU (z.B. hinsichtlich der Trennung der Platinen; mindestens Tren nung in ECU- und Antennen-PCB) ermöglicht es beispielsweise, dass die ECU-PCB in mehre ren 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. MIMOl, MIM02, MIM03, MIM04) 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 Aus sparung (z.B. zusätzlich zur Aussparung für die ECU-PCB) zur Einbringung einer Backup- Batterie (z.B. eCall ohne Bordnetzverbindung) in dem Gesamtgehäuse vorgesehen. Fig. 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 Steuerge- räte-Gehäuse (z.B. Gehäuse 10a) eingebracht werden (Verschraubung, Einschub, etc.). Bei spielsweise 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 Grund platte 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 Fig. 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 An- tennen-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 geeig neten Stellen (siehe auch Fig. 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 Un terseite 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 Kostener sparnis ermöglichen.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschrie benen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in Fig. 4a, 4b gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspek ten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend (z.B. Fig. 1-3) oder nachstehend (z.B. Fig. 5-6) beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen erwähnt sind.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Telematik-Steuergerätes 50 mit drei separaten Plati nen 41, 42, 51. Dabei ist wie im Beispiel der Fig. 4a, b die zweite Platine 42 zur Anordnung von mehreren Mobilfunkantennen 43 vorgesehen während die Antenne 45 für ein satellitengestütz tes Navigationssystem auf der separaten dritten Platine 51 angeordnet ist. Dadurch wird die Modularität des Telematik-Steuergerätes 50 weiter erhöht. Beispielsweise kann die zweite Pla tine 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 ent sprechende Platinenverbindung ermöglichen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Antennen für Satellitendienste (GNSS, z.B. SD ARS 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; Mobil- funk/WIFI/V2X-Antennen PCB, z.B. die zweite Platine 12, 42; GNSS und/oder SDARS-An- tennen PCB, z.B. die dritte Platine 13, 51).
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschrie benen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in Fig. 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 meh reren vorstehend (z.B. Fig. l-4b) oder nachstehend (z.B. Fig. 6) beschriebenen Ausführungs beispielen erwähnt sind.
Fig. 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 Fig. 4a oder Fig. 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. Al ternativ zur gezeigten Darstellung kann es möglich sein, die Steckverbindungen der Außenan schlüsse 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 bes sere 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 Fig. 4a und Fig. 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 Verbindungsele mente 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 beschrie benen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in Fig. 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 meh reren vorstehend (z.B. Fig. 1-5) oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen er wähnt 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 Ausführungsbei spielen 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) Anten nenkomponenten 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 ent sprechenden Kosteneinsparungen erreicht werden. Beispielsweise kann dieselbe Software wie derverwendet 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 Ele mente 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 einzel nen 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 Layem 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 funk tionale Sicherheit und/oder Anteile, die über einen längeren Zeitraum und auch in verschiede nen Gesamtsystemen (z.B. Fahrzeugprojekte) änderungsfrei verbleiben müssen oder eine län- gere 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 Teilneh- mem)-Anteile, Anteile für Hochgenaue-Positionierung (z.B. GNSS) und Anteile für die funk tionale Sicherheit. Die hochgenaue Positionierung und damit gebundenen Anteile der funktio- nalen Sicherheit findet z.B. bei autonomen Fahren Verwendung. Es können z.B. Abhängigkei ten zwischen verschiedenen Zertifizierungsklassen vermieden werden. Anteile oder Bestand teile, 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. Allge- mein formuliert kann durch die Trennung solcher starren generischen Anteile des Systems (z.B. der Telematikvorrichtung 10) von den agilen systemgebundenen Anteilen z.B. Flexibilität ge wonnen, Kosten reduziert, eine Wiederverwendung einzelner Anteile ermöglicht und/oder der Entwicklungszyklus verkürzt oder vereinfacht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Telematikvorrichtung (10) umfassend: ein Gehäuse (10a); eine erste Platine (11), wobei auf der ersten Platine (11) eine elektronische Steuerein heit (11a) der Telematikvorrichtung (10) angeordnet ist; und eine zweite Platine (12), wobei auf der zweiten Platine (12) zumindest eine An tenne (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) gekop pelt sind.
2. 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.
3. 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).
4. 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.
5. Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Platine (11) zumindest einen Stecker (22) aufweist, der an einer Außen seite (23) der ersten Platine (11) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Stecker (22) einen Außenanschluss der Telematikvorrichtung (10) ausbildet.
6. Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Platine (11) und die zweite Platine (12) mittels zumindest zweier sepa rater elektrischer Verbindungselemente (15) gekoppelt sind.
7. Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der zweiten Platine (12) zumindest zwei Antennen (14, 14a, 43) angeordnet sind.
8. Die Telematikvorrichtung (10) gemäß Anspruch 7, wobei die zumindest zwei Antennen (14, 14a, 43) an je verschiedenen Eckbereichen der zweiten Platine angeordnet sind.
9. 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.
10. 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.
11. 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 Te lematikvorrichtung (10) angeordnet ist.
12. Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine dritte Platine (13), auf der zumindest eine weitere Antenne (31) der Telematikvor richtung (10) angeordnet ist.
13. Die Telematikvorrichtung (10) gemäß Anspruch 12, wobei die Antenne (14) der zweiten Platine (12) zum Betrieb in einem Mobilfunkstan dard ausgebildet ist, wobei die Antenne (31) der dritten Platine (13) zum Betrieb in einem sa tellitengestützten Ortungssystem ausgebildet ist.
14. Die Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (11a) auf der ersten Platine (11) modular mittels mehrerer se parater Halbleiterkomponenten ausgebildet ist.
15. Kraftfahrzeug umfassend eine Telematikvorrichtung (10) gemäß einem der vorherge henden Ansprüche.
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