WO2023186444A1 - Vorrichtung mit austauschbaren elektronikbaugruppen eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung mit austauschbaren elektronikbaugruppen eines kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2023186444A1
WO2023186444A1 PCT/EP2023/055263 EP2023055263W WO2023186444A1 WO 2023186444 A1 WO2023186444 A1 WO 2023186444A1 EP 2023055263 W EP2023055263 W EP 2023055263W WO 2023186444 A1 WO2023186444 A1 WO 2023186444A1
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WO
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interface
module
board
data
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/055263
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Edward Leigh
Markus Kirschner
Marcel Rudolph
Franz-Josef WOLLSCHEID
Dominik Dorbath
Andreas Lang
Robert Kornhaas
Rainer Schittenhelm
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2023186444A1 publication Critical patent/WO2023186444A1/de

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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
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device with replaceable electronic components of a motor vehicle according to the preamble of the independent claim.
  • a central vehicle assembly mounting structure with an electrical connection in which a plurality of electrical devices which are arranged almost centrally in the transverse direction of a vehicle dashboard, for example an audio unit, a display unit, a navigation unit and a Air conditioning actuator unit, are combined into a one-piece structure as an assembly.
  • the invention is based on the object of further increasing the flexibility of the device. This task is solved by the features of the independent claim.
  • the device according to the features of independent claim 1 achieves parallel testability due to the modularization, which leads to a shortening of test times and increased flexibility.
  • the modular concept also supports faster and more cost-effective development follow-up devices.
  • the mechanics can remain the same, while the connector board or front panel can be replaced.
  • certain modules in particular the computing modules or infrastructure, can be adopted or specifically replaced.
  • the use of standard modules makes interchangeability easier. Changing or increasing the computing power, particularly by replacing the computing module, is easily possible.
  • the solution is also characterized by high scalability in terms of interfaces and high performance.
  • the solution also enables a high level of flexibility with regard to the type of computing units, interfaces and security or Availability requirements.
  • the device can serve as an integration platform for easy integration of additional functions such as data recording, etc.
  • FIG. 1 shows an overall perspective view of an exemplary embodiment of a device with several interchangeable electronic assemblies in the exploded view
  • Figure 2 is a block diagram of a logical partitioning of the device
  • FIG. 3 shows another block diagram of a logical partitioning with several interchangeable electronic modules
  • Figure 4 shows an overview of a module regarding the plugs or interfaces in the form of a block diagram
  • Figure 5 shows an overview of a module relating to the infrastructure
  • Figure 6 is a perspective view of the device with a view of an open carrier board
  • Figure 7 is a perspective view of the device according to Figure 6 with closed electronic assemblies.
  • the device 10 comprises at least two electronic assemblies 25 and a housing 11 that at least partially surrounds them. Depending on the application, however, further electronic assemblies 25 can be arranged interchangeably in the housing 11.
  • the housing 11 has two side surfaces 14.
  • the housing 11 is closed at the back via a rear housing cover 22, in particular by a mechanical fixation such as a screw connection.
  • a circuit board 34 is arranged parallel to the rear housing cover 22 and perpendicular to the replaceable electronic assemblies 25. Plug connections 31 are provided on the circuit board 34, which establish electronic contact between the individual electronic modules 25 and the circuit board 34. Additional electronic components, not specifically shown, are provided on the circuit board 34, for example, and control the communication processes, for example.
  • the front 20 provides access to the replaceable electronic assemblies 25 arranged inside the device 10.
  • the front 20 can be opened and closed using mechanical fixings.
  • the front side 20 has several recesses through which the plugs 30 connected to the respective electronic modules 25 protrude.
  • the device 10 is contacted with other components in the motor vehicle via these plugs 30.
  • plug 30 could also be arranged on the back of the housing 11, so that the recesses can be provided, for example, on the rear housing cover 22.
  • the contacting of the electronics construction Groups 25 with the plugs 30 would then be done via the transverse rear circuit board 34.
  • the electronic assembly 25 can, for example, comprise a circuit board 27 or an electronic unit, for example a so-called base board or motherboard or other electronic components 64 as indicated by hatching as an example in Figure 1.
  • the electronic units with associated electronic components 64 include, in particular, high-performance computer cores that take on particularly computing-intensive functions in the motor vehicle.
  • This can include, for example, autonomous or semi-autonomous driving functions, infotainment, communication interfaces between different bus systems (Ethernet, CAN, LIN, etc.) or gateway functionalities, certain security applications for granting authorization, for example to access the motor vehicle from outside, or further operations in the motor vehicle that involve particularly high computing power.
  • the electronic components 64 are particularly preferably powerful processors, multi-core processors or highly integrated circuits (SoC, system-on-chip), which can be characterized by high power losses.
  • the circuit board 27 of the electronic assembly 25 is enclosed on at least one side by a housing 52 or a housing half 52.
  • the housing half 52 ends in corresponding projections, which can be placed on the receptacles 18 in the housing 11 or inserted into the receptacles 18.
  • the housing half 52 encloses the circuit board 27 laterally almost completely with the exception of a contact area 36, which protrudes slightly in the direction of the rear housing cover 22 or the rear circuit board 34.
  • the contact area 36 is received by the plug connection 31 of the rear circuit board 34 when the electronic assembly 25 is inserted.
  • the various electronic assemblies 25 are connected to one another via the rear circuit board 34.
  • the functional partitioning of the device 10 is systematically shown in the block diagram according to FIG.
  • An interface board 74 comprises, on the one hand, external plugs 70. These preferably exchange analog signals with an interface 72.
  • the interface 72 is also part of the interface board 74.
  • the interface board 74 is preferably put together for a specific project.
  • the interface board 74 corresponds to the rear circuit board 34 from Figure 1.
  • a carrier board 76 includes, for example, an infrastructure 78 and/or a power supply 80.
  • the power supply 80 is accommodated on the rear printed circuit board 34 or the interface board 74, as indicated in Figure 4.
  • the infrastructure 78 exchanges data, in particular digitally, with the interface 72 of the interface board 74.
  • the infrastructure 78 is also connected to a module 82 and/or another module 84 via at least one connector 81.
  • the infrastructure 78 is used for data distribution and monitoring.
  • the carrier board 76 and/or the module connector 81 can be uniform components or identical parts that remain the same regardless of different projects (different applications for, for example, different vehicle domains such as body electronics, drive train, chassis, infotainment, at least partially autonomous driving, etc.).
  • the modules 82, 84 can be, for example, so-called computing modules, which in particular include computing units 136, 138 or processors with high computing power. These computing modules 82,84 can be standardized boards that are characterized by uniform dimensions or form factors. Depending on the respective computing requirements, the appropriate modules 82,84 can be selected. A change or increase in computing power can be made particularly easy by replacing the respective module 82,84.
  • the module 82, 84 can be a flexible, standardized, pluggable processor module on a base board as a possible carrier board 76. A complex circuit board is only used for the plug-in module or module 82.84. A simpler circuit board, on the other hand, can be used with the carrier board 76.
  • Uniform interfaces 81 are used between carrier board 76 and module 82,84. These interfaces or connectors
  • cker 81 can be based on an industry standard such as COM HCP.
  • Other additional interfaces 81 for example PCIe, especially Gen4, Ethernet interfaces (for example 25 Gbit), MIPI-CS or similar suitable interfaces) can also be used. This results in scalability on both sides of the interfaces, i.e. both on the side of the computing modules 82, 84 and the carrier board 76. This results in simplified upgrade/downgrade capability and cost-saving potential during the entire life cycle of the device 10.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 2 in that further modules 86, 86' have to be arranged in the device 10.
  • These further additional modules 86, 86' are each connected to the interface board 74 via further infrastructure 78.2 and/or a further power supply 80.2 (arranged either on the carrier board 76 or the rear printed circuit board 34 or interface board 74) via respective plugs 80.1, 80.2 .
  • the further infrastructure 78.2 and/or the further energy supply 80.2 can also be part of another carrier board 76.2.
  • FIG. It includes external plugs 70.
  • a power plug 120 contacts a power supply 80.
  • the power supply 80 includes, for example, a DC-DC converter 90 or preprocessing of the incoming power supply. For example, an incoming voltage level between 8V and 48V could be converted to a 12V output voltage. This means that an energy supply can be ensured even when replacing modules 82,84 that have different performance requirements or are characterized by different power losses.
  • corresponding filters could be provided in the power supply 80.
  • polarity reversal protection could be provided as part of the energy supply 80.
  • the interface board 74 further includes lower speed bus interfaces 92.
  • a CAN transceiver 94 in particular a CAN FD transceiver, is provided and/or a Flexray transceiver 96 and/or a LIN transceiver 98.
  • Flexray transceiver 96 and/or a LIN transceiver 98 are only mentioned as examples and can also be changed depending on the application. Accordingly, connectors 122 are also provided for these bus interfaces 92 with lower speed.
  • the interface board 74 further includes higher speed bus interfaces 100.
  • Ethernet bus systems with different transmission speeds are mentioned here as examples.
  • a multi-GIG Ethernet system 102 and/or an in particular 100/1000 transceiver 104 is provided for Ethernet.
  • the corresponding data connections with higher speed must be provided with associated connectors 124 (e.g. up to H-MTD quad (1000Base-T / 10GBase-T1), or other H-MTD quads (100/1000Base-T1) or up to MATENet quad (100Base-T1)).
  • the interface board 74 further comprises a video interface 110 with an associated de-serializer 112 and/or serializer 114, connected via a video connector 126 (for example up to several, in particular four, HFM quads).
  • a video connector 126 for example up to several, in particular four, HFM quads.
  • the exchange with the other components of the electronic modules 25 takes place in particular digitally via an internal interface 130.
  • the infrastructure 78 on the carrier board 76 or 76.1, 76.2 is shown in more detail as an example.
  • the components of the infrastructure 78 mentioned below are connected via an internal connection 132 for signaling purposes.
  • the infrastructure 78 includes a microcontroller 134.
  • the data from the bus systems with a lower speed 92 and/or the data from the bus systems with a higher speed 100 run via the microcontroller 134.
  • An interface 146 in particular an MT/debugger interface, is also connected via the microcontroller 134 , to be controlled (especially via AURORA/DAP protocol).
  • the microcontroller 134 takes over the control of the board and/or the control of the power supply or the associated power sequences.
  • a switch 140 in particular an Ethernet switch, is provided, which exchanges data (for example via SGMII) with the internal connection 132.
  • the switch 140 is still connected to the microcontroller 134 for data purposes (RGMII).
  • the switch 140 is connected to the computing unit 136 of the module 82 (SGMII).
  • Another switch 142 in particular an Ethernet switch, is provided, which exchanges data (for example via SGMII protocol) with the internal connection 132.
  • the further switch 142 exchanges data with another computing unit 138 (for example via SGMII protocol).
  • the two switches 140,142 are set up to exchange data.
  • the further switch 142 can exchange data with the internal connection 132 via another protocol (XFI).
  • the additional switch 142 can exchange data via a PCIe switch 144 (via PCIe protocol).
  • the PCIe switch 144 in turn exchanges data with the internal connection 132, with the further switches 140, 142, with the further computing units 136, 138 of the modules 82, 84 and/or with the interface 146 (MT/debugger), each via the PCIe protocol.
  • the interface 146 (MT/debugger) in turn exchanges data with the two computing units 136,138 (preferably via PCIe protocol) and the interface 132 with the two computing units 138,138 (preferably via MIPI-CSI protocol).
  • the device 10 is shown from above with the housing 11 not yet closed.
  • the back of the device 10 is closed by a rear housing cover 22, through which plugs 30 are guided for contacting the rear circuit board 34.
  • the plug connections 31 oriented towards the inside of the device 10 are again visible.
  • the electronic assemblies 25 can be contacted via this.
  • the carrier board 76 designed as a printed circuit board, is provided, which, as described, carries the two modules 82, 84 with computing units 136, 138 arranged thereon in a detachable manner.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 7 differs from that according to FIG. 6 in that the carrier board 76 is closed, for example with corresponding housing halves. For example, two electronic modules 25 are inserted into the device 10.
  • the device 10 is used in particular for replaceable electronic components in the motor vehicle sector.
  • computing-intensive functions in the motor vehicle sector can be implemented in the interchangeable electronic assemblies 25 with high cooling requirements, such as semi-autonomous or autonomous driving, communication modules, gateway functionalities, drive train, body electronics, infotainment, security applications, etc.
  • Such functions can each be implemented in an interchangeable electronic assembly 25.
  • the interchangeability also allows current hardware to be retrofitted later, in that electronic modules 25 or the individual modules 82,84 can be easily replaced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mounting Of Printed Circuit Boards And The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit austauschbaren Elektronikbaugruppen eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest ein Gehäuse (11), um die zumindest zwei austauschbaren Elektronikbaugruppen (25) zumindest teilweise zu umschließen, zumindest eine mit dem Gehäuse (11) lösbar verbundene Vorderseite (20), über die Zugriff zu den im Inneren des Gehäuses (11) angeordneten austauschbaren Elektronikbaugruppen (25) möglich ist, wobei eine rückseitige Gehäuseabdeckung (22) und eine quer zu den Elektronikbaugruppen (25) ausgerichtete rückseitige Leiterplatte (34, 74), die zur Kontaktierung der zumindest zwei austauschbaren Elektronikbaugruppen (25) dient, vorgesehen sind, wobei zumindest eine der austauschbaren Elektronikbaugruppen (25) zumindest ein Trägerboard (76) mit einer Infrastruktur (78) und zumindest ein Modul (82, 84) mit zumindest einer Recheneinheit (136, 138), insbesondere ein Prozessor, das mit dem Trägerboard (76) verbunden ist, umfasst.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung mit austauschbaren Elektronikbaugruppen eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit austauschbaren Elektronikbaugruppen eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Stand der Technik
Aus der DE 10105292 A1 ist eine zentrale Fahrzeug-Baugruppen- Anbringungsstruktur mit elektrischem Anschluss bekannt, bei der eine Vielzahl von elektrischen Einrichtungen, die nahezu zentral in der Querrichtung eines Fahrzeug-Armaturenbretts angeordnet sind, beispielsweise eine Audioeinheit, eine Displayeinheit, eine Navigationseinheit und eine Klimaanlagen- Betätigungseinheit, zu einer einstückigen Struktur als Baugruppe zusammengefasst sind.
Aus der DE 10244607 A1 ist ein elektronisches Steuergerät, insbesondere Baugruppenträger mit Steckplätzen für fremdbelüftbare Steckbaugruppen bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Flexibilität der Vorrichtung weiter zu erhöhen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 wird aufgrund der Modularisierung eine parallele Testbarkeit erreicht, was zu einer Verkürzung von Testzeiten und erhöhter Flexibilität führt. Das modulare Konzept unterstützt zudem die schnellere und kostengünstigere Entwicklung von Folgegeräten. Insbesondere die Mechanik kann gleich bleiben, während Steckerplatine bzw. Frontplatte getauscht werden können. Je nach Anforderungen können bestimmte Module, insbesondere die Rechenmodule bzw. Infrastruktur übernommen oder gezielt ausgetauscht werden. Die Verwendung von Standard- Modulen erleichtert die Austauschbarkeit. Eine Änderung bzw. Erhöhung der Rechenleistung insbesondere durch Austausch des Rechenmoduls ist leicht möglich. Die Lösung zeichnet sich zudem durch hohe Skalierbarkeit hinsichtlich der Schnittstellen und durch hohe Performance aus. Außerdem ermöglicht die Lösung eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Art der Recheneinheiten, der Schnittstellen und der Sicherheits-bzw. Verfügbarkeitsanforderungen. Die Vorrichtung kann als Integrationsplattform dienen zur einfachen Integration von Zusatzfunktionen wie beispielsweise Datenaufzeichnung etc.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung mit mehreren austauschbaren Elektronikbaugruppen in der Explosionsdarstellung,
Figur 2 ein Blockschaltbild einer logischen Partitionierung der Vorrichtung,
Figur 3 ein weiteres Blockschaltbild einer logischen Partitionierung mit mehreren austauschbaren Elektronikbaugruppen,
Figur 4 eine Übersicht über ein Modul betreffend die Stecker bzw. Schnittstellen in Form eines Blockschaltbilds,
Figur 5 eine Übersicht über ein Modul betreffend die Infrastruktur in
Form eines Blockschaltbilds, Figur 6 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung mit Blick auf ein offenes T rägerbord sowie
Figur 7 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß Figur 6 mit geschlossenen Elektronikbaugruppen.
Ausführungsform der Erfindung
Die Erfindung ist anhand mehrerer Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
In Figur 1 umfasst die Vorrichtung 10 zumindest zwei Elektronikbaugruppen 25 und ein diese zumindest teilweise umgebendes Gehäuse 11. Je nach Anwendungsfall können jedoch noch weitere Elektronikbaugruppen 25 austauschbar in dem Gehäuse 11 angeordnet werden. Das Gehäuse 11 weist zwei Seitenflächen 14 auf. Das Gehäuse 11 wird an der Rückseite über eine rückseitige Gehäuseabdeckung 22, insbesondere durch eine mechanische Fixierung wie beispielsweise eine Verschraubung, geschlossen. Parallel zu der rückseitigen Gehäuseabdeckung 22 und senkrecht zu den austauschbaren Elektronikbaugruppen 25 ist eine Leiterplatte 34 angeordnet. An der Leiterplatte 34 sind Steckverbindungen 31 vorgesehen, die eine elektronische Kontaktierung zwischen den einzelnen Elektronikbaugruppen 25 und der Leiterplatte 34 herstellen. Auf der Leiterplatte 34 sind beispielhaft weitere nicht eigens dargestellte Elektronikbauteile vorgesehen, die beispielsweise die Kommunikationsabläufe steuern.
Die Vorderseite 20 räumt Zugriff auf die im Inneren der Vorrichtung 10 angeordneten austauschbaren Elektronikbaugruppen 25 ein. Die Vorderseite 20 ist über mechanische Fixierungen zu öffnen und zu verschließen. Die Vorderseite 20 weist mehrere Ausnehmungen auf, durch die die mit den jeweiligen Elektronikbaugruppen 25 verbundenen Stecker 30 ragen. Über diese Stecker 30 wird die Vorrichtung 10 mit weiteren Komponenten im Kraftfahrzeug kontaktiert. Alternativ uder zusätzlich könnten Stecker 30 auch an der Rückseite des Gehäuses 11 angeordnet sein, so dass die Ausnehmungen beispielsweise an der rückseitigen Gehäuseabdeckung 22 vorzusehen sind. Die Kontaktierung der Elektronikbau- gruppen 25 mit den Steckern 30 würde dann über die querliegende rückseitige Leiterplatte 34 erfolgen.
An der Innenseite der Seitenflächen 14 des Gehäuses 11 sind jeweils mehrere Aufnahmen 18 vorgesehen. Diese im Wesentlichen schienenförmigen Aufnahmen 18 dienen der Aufnahme, dem Einschub und/oder der Verklemmung der austauschbaren Elektronikbaugruppen 25. Die Elektronikbaugruppe 25 kann beispielsweise eine Leiterplatte 27 bzw. eine Elektronikeinheit umfassen, bspw. ein sogenanntes base board bzw. motherboard bzw. weitere Elektronikbauteile 64 wie bei Figur 1 beispielhaft schraffiert angedeutet. Die Elektronikeinheiten mit zugehörigen Elektronikbauteilen 64 umfassen insbesondere Hochleistungs- Rechnerkerne, die im Kraftfahrzeug besonders rechenintensive Funktionen übernehmen. Hierbei kann es sich beispielsweise um autonome oder teilautonome Fahrfunktionen, Infotainment, Kommunikationsschnittstellen zwischen verschiedenen Bussystemen (Ethernet, CAN, LIN etc.) bzw. Gateway- Funktionalitäten, bestimmte Sicherheitsanwendungen zur Einräumung einer Berechtigung, um beispielsweise auch von außerhalb auf das Kraftfahrzeug zuzugreifen, oder weitere im Kraftfahrzeug mit insbesondere hoher Rechenleistung verbundene Operationen handeln. Bei den Elektronikbauteilen 64 handelt es sich besonders bevorzugt um leistungsstarke Prozessoren, Multikern-Prozessoren oder hochintegrierte Schaltungen (SoC, System-on-Chip), die sich durch hohe Verlustleistungen auszeichnen können.
Die Leiterplatte 27 der Elektronikbaugruppe 25 wird von zumindest einer Seite durch ein Gehäuse 52 bzw. eine Gehäusehälfte 52 umschlossen. In den Seitenbereichen läuft die Gehäusehälfte 52 in entsprechenden Überständen aus, die auf die Aufnahmen 18 im Gehäuse 11 gelegt bzw. in die Aufnahmen 18 eingeschoben werden können. Die Gehäusehälfte 52 umschließt die Leiterplatte 27 seitlich beinahe vollständig mit Ausnahme eines Kontaktierbereichs 36, der in Richtung der rückseitigen Gehäuseabdeckung 22 bzw. der rückseitigen Leiterplatte 34 etwas übersteht. Der Kontaktierbereich 36 wird im eingeschobenen Zustand der Elektronikbaugruppe 25 von der Steckverbindung 31 der rückseitigen Leiterplatte 34 aufgenommen. Dadurch erfolgt eine Anbindung bzw. Verbindung der verschiedenen Elektronikbaugruppen 25 untereinander über die rückseitige Leiterplatte 34. Im Blockschaltbild gemäß Figur 2 ist systematisch die funktionelle Partitionierung der Vorrichtung 10 gezeigt. Ein Schnittstellenboard 74 umfasst zum einen externe Stecker 70. Diese tauschen vorzugsweise Analogsignale aus mit einem Interface 72. Das Interface 72 ist ebenfalls Bestandteil des Schnittstellenboards 74. Das Schnittstellenboard 74 ist vorzugsweise projektspezifisch zusammengestellt. Das Schnittstellenboard 74 entspricht der rückseitigen Leiterplatte 34 aus Figur 1.
Ein Trägerboard 76 umfasst beispielsweise eine Infrastruktur 78 und/oder eine Energieversorgung 80. Alternativ ist die Energieversorgung 80 auf der rückseitigen Leiterplatte 34 bzw. dem Schnittstellenboard 74 untergebracht wie in Figur 4 angedeutet. Die Infrastruktur 78 tauscht insbesondere auf digitalem Wege Daten aus mit dem Interface 72 des Schnittstellenboards 74. Über zumindest einen Stecker 81 ist zudem die Infrastruktur 78 mit einem Modul 82 und/oder einem weiteren Modul 84 angebunden. Die Infrastruktur 78 dient der Datenverteilung und Überwachung. Das Trägerboard 76 und/oder der Modulstecker 81 können einheitliche Bauteile bzw. Gleichteile sein, die unabhängig von unterschiedlichen Projekten (unterschiedliche Anwendungen für beispielsweise unterschiedliche Fahrzeugdomänen wie Karosserieelektronik, Antriebsstrang, Fahrwerk, Infotainment, zumindest teilautonomes Fahren etc.) gleich bleiben. Bei den Modulen 82,84 kann es sich beispielsweise um sog. Rechenmodule handeln, die insbesondere Recheneinheiten 136, 138 bzw. Prozessoren mit hohen Rechenleistungen umfassen. Diese Rechenmodule 82,84 können standardisierte Boards sein, die sich durch einheitliche Abmessungen bzw. Formfaktoren auszeichnen. Je nach den jeweiligen Rechenanforderungen können die geeigneten Module 82,84 ausgewählt werden. Eine Änderung bzw. Erhöhung der Rechenleistung kann durch einen Austausch des jeweiligen Moduls 82,84 besonders einfach ermöglicht werden. Bei dem Modul 82,84 kann es sich um ein flexibles, standardisiertes, steckbares Prozessormodul auf einer Basisplatine als mögliches Trägerboard 76 handeln. Eine komplexe Leiterplatte wird nur beim Aufsteckmodul bzw. Modul 82,84 verwendet. Eine einfachere Leiterplatte kann dagegen bei dem Trägerboard 76 eingesetzt werden. Zwischen Trägerboard 76 und Modul 82,84 werden einheitliche Schnittstellen 81 verwendet. Diese Schnittstellen bzw. Ste- cker 81 können beispielsweise auf einem Industriestandard wie beispielsweise COM HCP basieren. Auch andere weitere Schnittstellen 81 (beispielsweise PCIe, insb. Gen4, Ethernet- Schnittstellen (beispielsweise 25 Gbit), MIPI-CS oder ähnliche geeignete Schnittstellen) können verwendet werden. Daraus ergibt sich eine Skalierbarkeit auf beiden Seiten der Schnittstellen, also sowohl auf Seiten der Rechenmodule 82,84 wie auch dem Trägerboard 76. Dadurch ergibt sich eine vereinfachte Up-/Downgradefähigkeit und Kosten-Einsparpotenzial während des kompletten Lebenszyklus der Vorrichtung 10.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 2 darin, dass noch weitere Module 86,86' in der Vorrichtung 10 anzuordnen sind. Diese weiteren zusätzlichen Module 86,86' werden jeweils durch weitere Infrastruktur 78.2 und/oder eine weitere Energieversorgung 80.2 (entweder auf dem Trägerboard 76 bzw. der rückseitigen Leiterplatte 34 bzw. Schnittstellenboard 74 angeordnet) über jeweilige Stecker 80.1, 80.2 mit dem Schnittstellenboard 74 verbunden. Die weitere Infrastruktur 78.2 und/oder die weitere Energieversorgung 80.2 kann ebenfalls Bestandteil eines weiteren Trägerboards 76.2 sein.
In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Schnittstellenboards 74 gezeigt. Es umfasst externe Stecker 70. Ein Leistungsstecker 120 kontaktiert eine Energieversorgung 80. Die Energieversorgung 80 umfasst beispielsweise einen Gleichspannungswandler 90 bzw. eine Vorverarbeitung der eingehenden Energieversorgung. So könnte beispielsweise ein eingehendes Spannungsniveau zwischen 8 V und 48 V in ein 12 V-Ausgangsspannung umgewandelt werden. Damit kann eine Energieversorgung auch bei Austausch von Modulen 82,84 sichergestellt werden, die unterschiedliche Leistungsanforderungen besitzen bzw. sich durch unterschiedliche Verlustleistung auszeichnen. Weiterhin könnten in der Energieversorgung 80 entsprechende Filter vorgesehen sein. Außerdem könnte beispielsweise ein Verpolschutz als Bestandteil der Energieversorgung 80 vorgesehen sein.
Das Schnittstellenbord 74 umfasst weiterhin Bus-Schnittstellen 92 mit niedrigerer Geschwindigkeit. Beispielhaft ist ein CAN-Transceiver 94, insbesondere ein CAN-FD-Transceiver vorgesehen und/oder ein Flexray-Transceiver 96 und/oder ein LIN-Transceiver 98. Diese Bussysteme sind nur beispielhaft genannt und können je nach Anwendungsfall auch verändert werden. Entsprechend sind auch Stecker 122 für diese Bus-Schnittstellen 92 mit niedrigerer Geschwindigkeit vorgesehen.
Das Schnittstellenboard 74 umfasst weiterhin Bus-Schnittstellen 100 mit höherer Geschwindigkeit. Beispielhaft sind hier Ethernet-Bussysteme mit unterschiedlichen Übertragungsgeschwindigkeiten genannt. So ist beispielhaft ein Multi-GIG- Ethernet-System 102 und/oder ein insbesondere 100/1000 Transceiver 104 für Ethernet vorgesehen. Je nach Anwendungsfall sind die entsprechenden Datenverbindungen mit höherer Geschwindigkeit vorzusehen mit zugehörigen Steckern 124 (bspw. bis hin zu H-MTD quad (1000Base-T / 10GBase-T1), bzw. weiteren H-MTD-quads (100/1000Base-T1) bzw. bis hin zu MATENet quad (100Base- T1)).
Das Schnittstellenboard 74 umfasst weiterhin eine Video-Schnittstelle 110 mit zugehörigem De-Serializer 112 und/oder Serializer 114, angebunden über einen Videostecker 126 (beispielsweise bis hin zu mehreren, insbesondere vier HFM quads).
Über eine interne Schnittstelle 130 erfolgt insbesondere auf digitalem Wege der Austausch mit den weiteren Komponenten der Elektronikbaugruppen 25.
Gemäß Figur 5 ist die Infrastruktur 78 auf dem Trägerboard 76 bzw. 76.1 ,76.2 beispielhaft näher gezeigt. Über eine interne Verbindung 132 sind die nachfolgend erwähnten Komponenten der Infrastruktur 78 signaltechnisch angebunden. Die Infrastruktur 78 umfasst einen Mikrocontroller 134. Über den Mikrocontroller 134 laufen die Daten der Bussysteme mit niedrigerer Geschwindigkeit 92 und/oder die Daten der Bussysteme mit höherer Geschwindigkeit 100. Über den Mikrocontroller 134 ist auch eine Schnittstelle 146, insbesondere ein MT/Debugger- Interface, anzusteuern (insb. über AURORA/DAP-Protokoll). Der Mikrocontroller 134 übernimmt die Steuerung des Boards und/oder der Steuerung der Energieversorgung bzw. der zugehörigen Leistungssequenzen (power sequencing). Weiterhin ist ein Switch 140, insbesondere Ethernet-Switch, vorgesehen, der mit der internen Verbindung 132 Daten (beispielsweise über SGMII) austauscht. Der Switch 140 ist weiterhin datentechnisch mit dem Mikrocontroller 134 verbunden (RGMII). Weiterhin ist der Switch 140 mit der Recheneinheit 136 des Moduls 82 verbunden (SGMII).
Es ist ein weiterer Switch 142, insbesondere Ethernet-Switch, vorgesehen, der mit der internen Verbindung 132 Daten (beispielsweise über SGMII Protokoll) austauscht. Der weitere Switch 142 tauscht Daten aus mit einer weiteren Recheneinheit 138 (beispielsweise über SGMII Protokoll). Die beiden Switches 140,142 sind dazu eingerichtet, Daten auszutauschen. Der weitere Switch 142 kann über ein weiteres Protokoll (XFI) Daten mit der internen Verbindung 132 austauschen. Außerdem kann der weitere Switch 142 Daten austauschen über einen PCIe Switch 144 (über PCIe Protokoll). Der PCIe Switch 144 tauscht wiederum Daten aus mit der internen Verbindung 132, mit den weiteren Switches 140,142, mit den weiteren Recheneinheiten 136,138 der Module 82, 84 und/oder mit der Schnittstelle 146 (MT/Debugger), jeweils über PCIe-Protokoll.
Die Schnittstelle 146 (MT/Debugger) tauscht wiederum Daten aus mit den beiden Recheneinheiten 136,138 (vorzugsweise über PCIe Protokoll) und die Schnittstelle 132 mit den beiden Recheneinheiten 138,138 (vorzugsweise über MIPI- CSI-Protokoll).
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist die Vorrichtung 10 bei noch nicht geschlossenem Gehäuse 11 von oben gezeigt. Die Rückseite der Vorrichtung 10 ist durch eine rückseitige Gehäuseabdeckung 22 geschlossen, durch die Stecker 30 geführt sind zur Kontaktierung mit der rückseitigen Leiterplatte 34. Bei der senkrecht stehenden rückseitigen Leiterplatte 34 sind wiederum die zur Innenseite der Vorrichtung 10 orientierten Steckverbindungen 31 sichtbar. Über diese lassen sich die Elektronikbaugruppen 25 kontaktieren. Als Bestandteil einer solchen Elektronikbaugruppe 25 ist das Trägerboard 76, als Leiterplatte ausgeführt, vorgesehen, welches wie beschrieben die beiden Module 82,84 mit darauf angeordneten Recheneinheiten 136,138 lösbar verbunden trägt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 6 darin, dass das Trägerbord 76 verschlossen ist, beispielsweise mit entsprechenden Gehäusehälften. In der Vorrichtung 10 sind beispielhaft zwei Elektronikbaugruppen 25 eingeschoben.
Die Vorrichtung 10 kommt insbesondere bei austauschbaren Elektronikbauelementen im Kraftfahrzeugbereich zum Einsatz. In den austauschbaren Elektronikbaugruppen 25 mit hohen Kühlanforderungen können insbesondere rechenintensive Funktionen im Kraftfahrzeugbereich realisiert werden wie beispielsweise teilautonomes oder autonomes Fahren, Kommunikationsmodule, Gateway- Funktionalitäten, Antriebsstrang, Karosserieelektronik, Infotainment, Sicherheitsanwendungen etc. Solche Funktionen können jeweils in einer austauschbaren Elektronikbaugruppe 25 realisiert sein. Die Austauschbarkeit erlaubt auch ein späteres Nachrüsten von aktueller Hardware, indem Elektronikbaugruppen 25 bzw. die einzelnen Module 82,84 leicht ausgetauscht werden können.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung mit austauschbaren Elektronikbaugruppen eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest ein Gehäuse (11), um die zumindest zwei austauschbaren Elektronikbaugruppen (25) zumindest teilweise zu umschließen, zumindest eine mit dem Gehäuse (11) lösbar verbundene Vorderseite (20), über die Zugriff zu den im Inneren des Gehäuses (11) angeordneten austauschbaren Elektronikbaugruppen (25) möglich ist, wobei eine rückseitige Gehäuseabdeckung (22) und eine quer zu den Elektronikbaugruppen (25) ausgerichtete rückseitige Leiterplatte (34, 74), die zur Kontaktierung der zumindest zwei austauschbaren Elektronikbaugruppen (25) dient, vorgesehen sind, wobei zumindest eine der austauschbaren Elektronikbaugruppen (25) zumindest ein Trägerboard (76) mit einer Infrastruktur (78) und zumindest ein Modul (82, 84) mit zumindest einer Recheneinheit (136, 138), insbesondere ein Prozessor, das mit dem Trägerboard (76) verbunden ist, umfasst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Modul (82,84) Fahrzeugfunktionen insbesondere unterschiedlicher Domänen wie beispielsweise Karosserieelektronik, Antriebsstrang, Fahrwerk, Infotainment, zumindest Teil autonomes Fahren etc. realisiert sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikbaugruppe (25) zumindest einen vorzugsweise überstehenden Kontaktierbereich (36) aufweist und/oder dass die rückseitige Leiterplatte (34) zumindest eine Steckverbindung (31) aufweist, insbesondere zur Aufnahme eines Kontaktierbereichs (36) der Elektronikbaugruppe (25).
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrastruktur (78) zumindest eine Einrichtung zur Datenverteilung bzw. Datenüberwachung, insbesondere zumindest einen Switch (140,142,144) und/oder zumindest ein Mikrocontroller (134) und/oder zumindest eine Schnittstelle (72, 146) und/oder zumindest eine interne Verbindung (132) bzw. Schnittstelle und/oder zumindest eine Energieversorgung (80) und/oder zumindest einen Modulstecker (81), und/oder zumindest eine Ein- richtung zur Sicherheitsüberwachung und/oder Datensicherheit, insbesondere Firewall, und/oder eine Schnittstelle zur Datenakquisition und/oder eine Schnittstelle (146) zur Programmierunterstützung umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über den auf dem Trägerboard (76) angeordneten Mikrocontroller (134) Daten zumindest eines Bussystems (92), insbesondere mit niedrigeren Geschwindigkeiten wie beispielsweise CAN, Flexray, LIN etc. laufen und/oder Daten für eine Schnittstelle (146), insbesondere zur Programmierung, und/oder der Mikrocontroller (134) mit zumindest einem Switch (140) und/oder mit zumindest einem Modul (82,84) mit zugehöriger Recheneinheit (136,138) zum Datenaustausch verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerboard (76) und dem Modul (82,84) zumindest ein Stecker (81) vorgesehen ist, insbesondere als einheitliche Schnittstelle (81) ausgebildet wie beispielsweise COM HCP, PCIe, Ethernet, MIPI-CS oder ähnliches.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als rückwärtige Leiterplatte (34) ein Schnittstellenboard (74) vorgesehen ist, welches zumindest einen externen Stecker (70) und/oder zumindest einen Leistungsstecker (120) für eine Energieversorgung (80) und/oder zumindest eine interne Schnittstelle (130) insbesondere für digitale Signale und/oder zumindest einen Stecker (122,124) für zumindest ein Bussystem und/oder zumindest einen Videostecker (126) und/oder zumindest eine Video-Schnittstelle (110) und/oder zumindest eine Busschnittstelle (100) und/oder zumindest einen Transceiver (94,96, 98,104) und/oder zumindest einen Serializer (114) bzw. De-Serializier (112) umfasst.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Bestandteile der Energieversorgung (80) auf der rückwärtigen Leiterplatte (34) bzw. auf dem Schnittstellenboard (74) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (82,84) als Aufsteckmodul ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (82,84) eine einheitliche geometrische Abmessun- gen aufweisen und/oder einheitliche Schnittstellen (81). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Trägerboard (76) vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung (80) zumindest einen Spannungswandler und/oder Filter und/oder einen Verpolschutz umfasst.
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