(57)【要約】【課題】  制御装置において、電磁放射雑音に対する高い耐性を維持しつつ制御回路の構成を柔軟に組み換えられるようにする。【解決手段】  制御回路を構成する複数の回路基板（１００〜１０４）と、当該複数の回路基板を電気的にシールドされた空間に収容する筐体（１０６）と、を有し、前記回路基板間（１００〜１０４）の信号伝達が無線通信（１４０、１５０、１６０）により行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の動作を制御する制御装置であって、
制御回路を構成する複数の回路基板と、
当該複数の回路基板を電気的にシールドされた空間に収容する筐体と、
を有し、
前記回路基板間の信号伝達が無線通信により行われる、
制御装置。
【請求項２】
前記筐体は導電性部材で構成され、
前記各回路基板上に形成されたグランドパターンが、前記筐体を介して電源のグランドに電気的に接続される、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記回路基板から電源に至る電流経路に沿って、前記回路基板のうち最も大きなグランド電流を流出する一の回路基板が、他の前記回路基板に対し最も下流に配されている、
請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記各グランドパターンは、前記各回路基板が前記筐体の一部により把持されることにより、前記筐体と電気的に接続される、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記各回路基板は、矩形であって、当該矩形の少なくとも一辺に沿う外周部分に前記グランドパターンが形成されており、当該グランドパターンが略直線状に並ぶように配される、
請求項４に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の制御装置に関し、特に、電磁放射雑音に対する高い耐性を維持しつつ、制御回路の構成を柔軟に組み換えることのできる制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の駆動系装置等の制御を行うＥＣＵ（電子制御ユニット、Electronic Control Unit）は、エンジンの運転に伴う火花放電やモータの動作電流の変動等に伴って非常に大きな電磁放射ノイズに曝されることから、極めて高いノイズイミュニティ（雑音耐性、noise immunity）が要求される。
【０００３】
このような過酷なノイズ環境においても正常な制御動作を確保するため、車両に用いられるＥＣＵでは、一般に、様々なノイズ対策が施された回路基板上に制御回路が構成され、回路基板上に設けられた配線ラインにより電気部品間の信号伝達がリジッド（rigid）に行われる。
【０００４】
このため、車両制御を行うＥＣＵでは、目的とする機能毎に、特定のセンサと特定の制御対象との組み合わせに対して専用設計された制御回路が用いられることとなり、車両内には、エンジン制御ＥＣＵ、パワートレイン制御ＥＣＵ、ブレーキ制御ＥＣＵ、操舵制御ＥＣＵ等のように、専用化された様々なＥＣＵが存在することとなる。
【０００５】
また、車両の仕向地が異なれば、安全性基準や環境条件の違いから、同一の機能を目的とするＥＣＵであっても、仕向地毎に異なる回路構成の制御回路が用いられる場合があり、ＥＣＵの品種は更に増加する。
【０００６】
一方で、市場における車両価格の低減要求は不変であり、生産コストや設計コストを低減させるためには、設計を共通化して品種数を低減することが必要となる。
【０００７】
仕様の変更に柔軟に対応して生産・設計コストを低減する一つの方法として、従来、無線通信装置において、アンテナ回路、高周波回路、信号処理回路、及び外部インタフェース回路を、それぞれ個別の回路基板上に構成して、当該回路基板間の信号伝達をコネクタにより行う、無線回路が知られている（特許文献１）。この無線回路では、各回路がコネクタにより接続されていることから、設置環境に応じて最適な電磁放射特性を実現すべくアンテナ回路を交換したり、当該無線回路が接続される機器に応じて信号処理回路や外部インタフェース回路を交換する等、仕様の変更に柔軟に対応することができる。
【０００８】
また、このように機能分割された電子回路間のデータ伝送を行う技術として、従来、無線通信端末等の電子機器において、２つの機能ブロックに分かれて別筐体に収容された回路基板間のデータ転送を無線通信波により行い、その送受信アンテナを当該無線通信波の波長の１／２πよりも小さいサイズの小型アンテナで構成する、電子装置が知られている（特許文献２）。この電子装置では、上記小型アンテナが狭帯域特性を有することから、当該電子装置が無線通信端末として備える外部通信用無線アンテナからの通信妨害を受けることなく、回路基板間のデータ転送を行うことができる。
【０００９】
上述した従来の技術を用いることにより、電子装置に用いられる電子回路を、当該装置に求められる仕様に応じて柔軟に組み換えることが可能となり、生産コストや設計コストを低減することができる。しかしながら、これらの技術は、遠隔に置かれた装置との間で無線通信を行う無線回路や無線通信端末に係るものであり、そもそも、外来輻射ノイズ（電磁放射雑音）の多い設置環境での使用を前提としたものではない。このため、これらの技術を極めて高いノイズイミュニティが求められる車両用制御装置に適用するには、大きな困難を伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２３６８４２号公報
【特許文献２】特許第３８４１１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の背景より、電磁放射雑音に対する高い耐性を維持しつつ、制御回路構成を柔軟に組み換えて設計コスト及び生産コストを低減することのできる、車両用制御装置の実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、車両の動作を制御する制御装置に係るものである。本制御装置は、制御回路を構成する複数の回路基板と、当該複数の回路基板を電気的にシールドされた空間に収容する筐体と、を有し、前記回路基板間の信号伝達が無線通信により行われる。
本発明の一の態様によると、前記筐体は導電性部材で構成され、前記各回路基板上に形成されたグランドパターンが、前記筐体を介して電源のグランドに電気的に接続され。
本発明の他の態様によると、前記回路基板から前記電源に至る電流経路に沿って、前記回路基板のうち最も大きなグランド電流を流出する一の回路基板が、他の前記回路基板に対し最も下流に配されている。
本発明の他の態様によると、前記各グランドパターンは、前記各回路基板が前記筐体の一部により把持されることにより、前記筐体と電気的に接続される、
本発明の他の態様によると、前記各回路基板は、矩形であって、当該矩形の少なくとも一辺に沿う外周部分に前記グランドパターンが形成されており、当該グランドパターンが略直線状に並ぶように配される。
【００１３】
本発明によれば、電磁放射雑音に対する高い耐性を維持しつつ、制御回路構成を柔軟に組み換えて設計コスト及び生産コストを低減可能な、車両用制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。
【図２】本制御装置の断面図である。
【図３】本制御装置から流れ出るグランド電流の経路を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。
【００１６】
本制御装置１０は、車両に搭載され当該車両のエンジン制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）であり、例えば、車両のエンジンルーム内等の、大きな輻射ノイズが発生する環境において用いられる。本制御装置１０は、制御回路を構成する電子部品が搭載された印刷回路基板である複数の回路基板１００、１０２、１０４と、当該回路基板１００〜１０４を収容する筐体１０６と、を有している。なお、回路基板１００〜１０４は筐体１０６内に収容されているため、筐体１０６の外部から回路基板１００〜１０４を視認することはできないが、図１においては、説明のため、筐体１０６の内部に収容されている部分についても実線を用いて示している。
【００１７】
筐体１０６には、その外側面にフランジ１０８、１１０、１１２、１１４が設けられている。筐体１０６及びフランジ１０８〜１１４は、金属（例えばアルミニウム）等の導電性材料により構成されており、筐体１０６は、フランジ１０８〜１１４により車体１１６に機械的に固定されると共に、車体１１６に対し電気的に接続される。
【００１８】
車体１１６には、車載発電機ＡＣＧ（オルタネータ、Alternating Current Generator）１１８のグランド端子（図示、「ＧＮＤ」側の端子）が電気的に接続されている。ＡＣＧ１１８は、エンジンの回転運動により発電する発電機により構成されており、ワイヤ線１２０により、コネクタ１３０、１６６を介して制御装置１０に電力を供給している。
【００１９】
回路基板１００には、コネクタ１３０が搭載され、当該コネクタ１３０を介して、ワイヤ線１２０から電源供給を受けると共に、当該コネクタ１３０に接続されたケーブル１３２を介してセンサ１３４からの検知信号（センサ信号）を受信する。すなわち、コネクタ１３０は、外部からの信号を入力する入力端子を構成している。
【００２０】
また、回路基板１００には、センサ１３４からのセンサ信号を増幅する低雑音アンプ１３６と、低雑音アンプ１３６により増幅されたセンサ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換回路（Analog-to-Digital Converter）１３８が搭載されている。さらに、回路基板１００には、他の回路基板１０２に搭載された通信デバイス１５０及び又は回路基板１０４に搭載された通信デバイス１６０と通信してデータを送受信するための無線送受信機である無線デバイス１４０が搭載されている。これにより、例えば、センサ１３４からのセンサ信号に応じて回路基板１００上のＡＤ変換回路１３８から出力されるデジタルデータが、回路基板１０２へ送信される。また、回路基板１００には電源コネクタ１４２が搭載されており、電源コネクタ１４２は、回路基板１０２に搭載された電源コネクタ１４４と係合して回路基板１０２へ電源を供給する。
【００２１】
回路基板１０２には、他の回路基板１００に搭載された通信デバイス１４０及び又は回路基板１０４に搭載された通信デバイス１６０と通信してデータを送受信するための無線送受信機である無線デバイス１５０と、無線デバイス１５０を介して回路基板１００から受信した上記センサ信号に応じたデジタルデータを処理して、後述する回路基板１０４に接続された制御対象１７０を制御するためのデジタルデータを出力するデジタル処理回路１５２と、が搭載されている。
【００２２】
デジタル処理回路は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＮＤ回路やＯＲ回路等の論理回路デバイス、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のデジタル回路により構成される。
【００２３】
無線デバイス１５０は、回路基板１００に搭載された無線デバイス１４０から上記センサ信号に応じたデジタルデータを受信するほか、デジタル処理回路１５２が出力するデジタルデータを回路基板１０４へ送信する。
【００２４】
回路基板１０４には、他の回路基板１００に搭載された通信デバイス１４０及び又は回路基板１０２に搭載された通信デバイス１５０と通信してデータを送受信するための無線送受信機である無線デバイス１６０と、無線デバイス１６０を介して回路基板１０２から受信したデジタルデータをアナログ信号に変換するＤＡ変換回路（Digital-to-Analog Converter）１６２と、ＤＡ変換回路１６２から出力されるアナログ信号に基づいて制御対象１７０を駆動するための駆動信号を出力する駆動回路１６４が搭載されている。
【００２５】
また、回路基板１０４には、コネクタ１６６が搭載され、当該コネクタ１６６に接続されたケーブル１６８を介して、駆動回路１６４から出力された駆動信号が制御対象１７０へ伝達される。すなわち、コネクタ１６６は、制御対象１７０への信号が出力される出力端子を構成している。
【００２６】
図１に示す回路基板１００〜１０４は、例えば矩形であり、各回路基板１００〜１０４には、それぞれ、対向する図示左右２辺の外周に沿ってそれぞれグランドパターン１８０及び１８２、１８４及び１８６、並びに１８８及１９０が形成されている。
【００２７】
図２は、図１に示す制御装置１０の断面を示すＳＳ矢視図である。筐体１０６は、共に金属等の導電性材料により形成されたベース１０６ａとカバー１０６ｂとにより構成される。ベース１０６ａの図示左右は、平面視（図１）において部分的に延在するように加工されて、フランジ１１４、１０８が形成されている（フランジ１１２及び１１０も同様に、ベース１０６ａの一部として形成されている）。
【００２８】
ベース１０６ａとカバー１０６ｂとは、図示左右部分において回路基板１０２の外周部分を把持するように重ねられ、例えばネジ１９２により互いに固定される。これにより、回路基板１０２は、筐体１０６に対し機械的に固定されると共に、回路基板１０２上に形成されたグランドパターン１８４、１８６は、筐体１０６と接触して電気的に接続される。
【００２９】
また、他の回路基板１００及び１０４の表面は回路基板１０２の表面と略同一平面内となっており、かつ、グランドパターン１８０、１８４、１８８の組と、グランドパターン１８２、１８６、１９０の組は、それぞれ略一直線上に並ぶように形成されているため、回路基板１０２と把持されると同時に回路基板１００及び１０４もベース１０６ａとカバー１０６ｂとにより把持されて筐体１０６に対し機械的に固定されると共に、回路基板１００上に形成されたグランドパターン１８０及び１８２、並びに回路基板１０４上に形成されたグランドパターン１８８及び１９０は、筐体１０６と接触して電気的に接続される。
【００３０】
これにより、グランドパターン１８０〜１９０は、筐体１０６を介して相互に電気的に接続され、回路基板１００〜１０４上に形成された電気回路は、筐体１０６が与える共通のグランド電位を基準として動作することとなる。
【００３１】
また、筐体１０６は、フランジ１０８〜１１４により車体１１６を介して電源たるＡＣＧ１１８のグランド端子に接続されているため、ベース１０６ａとカバー１０６ｂが固定された状態においては、筐体１０６及びコネクタ１３０、１６６により、筐体１０６内部には略密閉されシールドされた閉空間１９４が形成される。これにより、筐体１０６内部のシールドされた閉空間１９４内において、近接配置された回路基板１００〜１０４上の無線デバイス１４０、１５０、１６０相互間の無線通信が、外来輻射ノイズの影響を受けることなく、安定に行われることとなる。
【００３２】
その結果、上記共通のグランド電位を基準とする電気回路動作と、上記シールド空間内における近接距離での安定な無線通信とにより、制御装置１０全体としての制御動作の安定性が確保される。
【００３３】
ところで、車両内部に用いられるアクチュエータ等の制御対象１７０は、求められる力学的発生力が比較的大きいことから、数十Ａから数百Ａ程度の駆動電流を必要とすることが多い。このため、制御対象１７０を駆動するための駆動回路１６４を備えた回路基板１０４から流れ出るグランド電流は、数百Ａ程度に及ぶものとなる。
【００３４】
仮にこのような大きなグランド電流が筐体１０６を通って流れるとすると、導電性材料で構成された筐体１０６といえども有限の電気抵抗を持つことから、筐体１０６内部において無視し得ない電圧降下を生じ、筐体１０６内部に空間的に一様でないグランド電位の分布を生じることとなる。
【００３５】
この場合、制御対象１７０の負荷が変動してグランド電流が変動すれば、筐体１０６内部の上記グランド電位分布も、これにつれて大きく変化することとなる。その結果、各回路基板１００〜１０４上の電気回路は、各グランドパターン１８０〜１９０が接している筐体１０６部分に応じて、上記グランド電位分布により定まる不安定なグランド電位を基準として動作することとなり、安定な制御動作を行うことが困難となり得る。
【００３６】
また、このような筐体１０６内部における空間的なグランド電位分布の変動は、筐体１０６内部に輻射ノイズを発生させて無線デバイス１４０〜１６０相互間の通信を妨害することとなり、制御動作の安定性はさらに悪化することとなる。
【００３７】
このような現象を防止するため、本実施形態では、筐体１０６と車体１１６とで構成されるグランド電流経路に沿って、最も大きいグランド電流を流し出す回路基板１０４を直流的に最も下流の位置に配している。図３は、図１に示す制御装置１０から流れ出る各グランド電流の経路を模式的に示した図である。図３には、各回路基板１００〜１０４から流れ出る各グランド電流の経路が、太い黒矢印で示されている。なお、黒矢印の線幅は、各グランド電流の大きさを概略的に表しており、太い黒線は大きなグランド電流を表している。
【００３８】
図示のように、本実施形態では、筐体１０６と車体１１６とで構成されるグランド電流経路に沿って、最も大きいグランド電流を流し出す回路基板１０４を直流的に最も下流の位置に配し、回路基板１０４から流れ出た大きなグランド電流を、即座に筐体１０６の外部へ排出している。
【００３９】
このため、制御装置１０においては、筐体１０６には回路基板１００及び１０２からの数十ｍＡから数Ａ程度の小さなグランド電流のみが流れることとなり、筐体１０６内部の空間的なグランド電位分布が略一様となる。これにより、回路基板１００〜１０４上の電気回路は、互いに電位差のない、又は互いの電位差が一定なグランド電位に基づいて動作することができることとなる。
【００４０】
また、グランド電位分布が略一様となることから、筐体１０６内での輻射ノイズの発生が抑制され、無線デバイス１４０〜１６０相互の無線通信は、妨害を受けることなく正しくデータを伝送することができる。その結果、制御装置１０全体としての制御動作の安定性が確保される。
【００４１】
上記の構成を有する制御装置１０は、以下のような利点を有している。
まず、制御回路が３つの機能ブロックに分割され、各機能ブロックが個別の回路基板１００〜１０４上に構成されているため、センサ１３４の仕様変更に対しては回路基板１００を、制御対象１７０の仕様変更に対しては回路基板１０４を、動作仕様の変更に対しては回路基板１０２を、それぞれ交換することにより、これらの仕様変更に対し即座に対応することが可能となる。
【００４２】
すなわち、使用するセンサ１３４や制御対象１７０の仕様、あるいは制御処理に対する要求条件（要求仕様）毎に各回路基板１００〜１０４を標準品として準備しておくことで、各回路基板１００〜１０４の組み合わせを変更することにより、様々な仕様の制御装置１０を即座に実現することができる。これにより、制御装置１０を仕様毎に個別に設計及び生産する必要がなくなることから、設計コスト及び生産コストを低減することができる。また、無線通信により回路基板１００〜１０４間のデータ授受が行われることから、新たな機能を持った回路基板の追加も容易であり、制御装置１０全体としての機能拡張性も向上する。
【００４３】
したがって、例えば、オートマチック車におけるエンジン制御とトランスミッション制御のように、複数の制御対象を互い状態に応じて制御するような場合（協調制御）には、エンジン制御用に組まれた回路基板の組み合わせにトランスミッション制御用のデジタル処理回路を搭載した回路基板等を加えることで、一の筐体の中で協調制御用の制御回路を自由に組み上げることも可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、制御回路を３つの機能ブロックに分割して、３つの回路基板１００〜１０４により制御装置１０を構成するものとしたが、機能ブロックの数はこれに限らず、制御回路をさらに細かく４つ以上の機能ブロックに分割して、４枚以上の回路基板により制御回路を構成することもできる。これにより、更に細かな仕様変更にも柔軟に対応して即座に制御装置を組み上げることができる。
【００４５】
また、回路基板間のデータ授受が無線通信により行われるため、４つ以上の回路基板を使用する場合には、入出力端子たるコネクタを搭載した回路基板を除き、筐体内における他の回路基板の位置を自由に変更することができる。このため、例えば、発熱素子を多く搭載した回路基板を一か所に集中して配置し、当該箇所に放熱板等を設けて効率的に放熱を行うことができる。その結果、筐体容積を縮小した場合にも一定の放熱効率を確保して制御装置を小型化することができ、当該小型化に伴って生産コストも低減することができる。
【００４６】
また、入力端子を備えた回路基板が、センサ等からの信号をサンプリングして当該信号又は当該信号を変換したデジタルデータを他の回路基板へ無線送信した後は、他の回路基板は、信号の受信に応じて起動されるイベントドリブン（event-driven）の動作を連鎖的に行うものとすることができる。これにより、回路動作を同期させるためのタイミング信号を各回路基板に配信する必要はなくなり、回路基板間のデータ授受と各回路基板上の回路構成を単純化して、制御動作を高速化することができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、各回路基板１００〜１０４に搭載された無線デバイス１４０、１５０、１６０により無線通信を行うものとしたが、これに限らず、回路基板間において制御に必要な信号を無線通信することができる限りにおいて、これら無線デバイスを回路基板上に搭載された個別の電気部品で構成したり、回路基板上に形成されたアンテナパターンを用いて無線通信を行うものとすることもできる。
【００４８】
また、本実施形態では、各回路基板１００〜１０４の対向する２辺に沿って、各回路基板１００〜１０４の表面にそれぞれグランドパターン１８０〜１９０を形成するものとしたが、これに限らず、各回路基板１００〜１０４のグランドパターンは、筐体１０６によって回路基板１００〜１０４が把持されたときに筐体１０６と電気的に接触する限りにおいて、各回路基板１００〜１０４の裏面に形成したり、対向する２辺ではなく少なくとも１辺に沿って形成するものとすることができる。
【００４９】
グランドパターンを各回路基板の１辺に沿って形成した場合も、筐体１０６の内部において各グランドパターンが略直線状に並ぶように当該各グランドパターンを形成することにより、各グランドパターンを筐体１０６により同時に把持して互いに電気的に容易に接続できるようにすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０・・・制御装置、１００、１０２、１０４・・・回路基板、１０６・・・筐体、１０６ａ・・・ベース、１０６ｂ・・・カバー、１０８、１１０、１１２、１１４・・・フランジ、１１６・・・車体、１１８・・・ＡＣＧ、１２０・・・ワイヤ線、１３０、１６６・・・コネクタ、１３２、１６８・・・ケーブル、１３４・・・センサ、１３６・・・低雑音アンプ、１３８・・・ＡＤ変換回路、１４０、１５０、１６０・・・無線デバイス、１４２、１４４・・・電源コネクタ、１５２・・・デジタル処理回路、１６２・・・ＤＡ変換回路、１６４・・・駆動回路、１７０・・・制御対象、１８０、１８２、１８４、１８６、１８８，１９０・・・グランドパターン、１９２・・・ネジ、１９４・・・閉空間。
【図１】
2014197816.tif 000003
【図２】
2014197816.tif 000004
【図３】
2014197816.tif 000005