JP2007008237A - 自動車用ワイヤハーネス - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車のネットワークにおける通信速度を低下させることなく、かつ、自動車全体のネットワーク設計を制約することなく、通信エラーを低減して通信の信頼性を向上させる。
【解決手段】 自動車に搭載される電装ユニット１１、１２の車載バス駆動装置２０、２１に接続されて車載バスを構成する多重通信用のワイヤハーネスＷ／Ｈであって、該ワイヤハーネスＷ／Ｈを導電率が純銅の１５〜８５％の高抵抗導電材からなる電線のツイストペア線１０で構成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車用ワイヤハーネスに関し、詳しくは、自動車に搭載される電装ユニットの車載バス駆動装置に接続される多重通信用のワイヤハーネスに関するものである。

従来、自動車においては、車内配線（ワイヤハーネス）を削減するために、制御装置やセンサ／アクチュエータ群からなる多数の電装ユニットを多重通信ラインにて接続した通信システムが構築されている（特開２００２−３６８７６６号公報）。低速な多重通信では、一本の信号線とボディを用いた通信回路より通信システムが構築されるのに対して、数十Ｋｂｐｓ〜１０Ｍｂｐｓの高速な多重通信では、撚り対線(ツイストペア線)が通信路（バス）として用いられる。そして、電装ユニットの通信部（ノード）は車載バス駆動装置（トランシーバ）を用いて駆動する。このような多重通信の代表的な方法としてＣＡＮ（Control Area Network）通信がある。

一般に、通信ラインを方形波駆動すると、図４のような波形になる。即ち、通信ラインにおいては、インピーダンスミスマッチによる線路の反射が主な要因となって、図４に示すようなリンギング１、２が発生する。なお、図４中の符号３はオーバーシュート、符号４はアンダーシュートをそれぞれ示している。

リンギングは通信エラーを引き起こす原因となるため、リンギングを短時間で収束させることが好ましく、このためにはリンギングの振幅を小さくする必要がある。そこで、通信速度を維持しながらリンギングが起こる原因を低減するためには、接続する電装ユニットの数に低い上限値を設けること、信号線の支線長さに短い上限値を設けること、電装ユニット間の距離を小さくすること等の手段が考えられる。しかしながら、このような手段は、車載バス・トポロジ設計上の大きな制約であり、車全体のネットワーク設計を困難にしたり、規模によってはゲートウェイでバスを分割する必要があるなど、コストアップの原因となる問題がある。

特開２００２−３６８７６６号公報

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、自動車のネットワークにおける通信速度を低下させることなく、かつ、自動車全体のネットワーク設計を制約することなく、通信エラーを低減して通信の信頼性を向上させることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、自動車に搭載される電装ユニットの車載バス駆動装置に接続されて車載バスを構成する多重通信用のワイヤハーネスであって、
導電率が純銅の１５〜８５％の高抵抗導電材からなるツイストペア電線で構成していることを特徴とする自動車用ワイヤハーネスを提供している。

前記構成によれば、電装ユニットに設けた車載バス駆動装置に接続するワイヤハーネスを前記高抵抗の電線からなるツイストペア線としているため、車載バス上の電圧振幅が小さくなり、リンギングの振幅も小さくすることができる。これにより、リンギングの収束にかかる時間を短縮することができ、通信エラーを低減して通信の信頼性を向上させることができる。
また、電装ユニットに設けた車載バス駆動装置に接続されるワイヤハーネスを高抵抗の電線からなるツイストペア線にするだけであるため、電装ユニットを設計変更する必要がない。
さらに、リンギングが起こる原因を低減するために、接続する電装ユニットの数に低い上限値を設けたり、信号線の支線長さに短い上限値を設けたり、電装ユニット間の距離を小さくする必要がないため、通信速度を維持し、かつ、バス・トポロジ設計上の制約も受けることなく、通信の信頼性を高めることができる。

前記ツイストペア線の導電率を純銅の１５〜８５％としているのは、導電率が８５％より大きいと、電圧振幅を十分に低下させることができず、リンギングの振幅も十分に低下させることができないからであり、導電率が１５％より小さいと、電圧振幅が低下しすぎて通信エラーが起こりやすくなるからである。
具体的には、錫を０．２〜０．３重量％含有した銅合金の導電率が７５〜８５％、錫を０．６％〜０．９重量％含有した銅合金の導電率が５４〜６３％、亜鉛を３３〜３７重量％含有した銅合金の導電率が１５〜２０％である。
なお、高抵抗導電材の導電率が純銅の１５〜８５％とは、JIS C 3001「電気用銅材の電気抵抗」に規定された標準軟銅の２０℃における導電率を１００％としたときの高抵抗導電材の導電率が１５〜８５％であることを意味している。

前記車載バス駆動装置は、前記車載バス上の信号の差動電圧を所定のドミナント差動スレッシュホールド電圧値およびレセシブ差動スレッシュホールド電圧値と比較し、差動電圧がドミナント差動スレッシュホールド電圧値よりも高い場合にアクティブ状態（ドミナント）と判断し、逆に、差動電圧がレセシブ差動スレッシュホールド電圧値よりも低い場合にパッシブ状態（レセシブ）と判断する。
例えば、建物内のＬＡＮ（Local Area Network）や設備制御のＦＡ（Factory Automation）では、バス長が長いため電圧降下によってドミナントの状態における差動電圧とドミナント差動スレッシュホールド電圧値との間に十分なノイズマージンが得られない。よって、本発明のように高抵抗の電線を用いると電圧振幅が低下してしまい、さらにノイズマージンが低下し、通信エラーが起こりやすくなる。したがって、ＬＡＮやＦＡでは、バスに高抵抗の電線を用いることはできない。
これに対し、車載バスにおいては、バス長が数メートルであり、あまり電圧降下しないため、ドミナントの状態における差動電圧とドミナント差動スレッシュホールド電圧値との間に十分なノイズマージンが得られる。よって、車載バスに高抵抗の電線を用いても通信エラーが起こりやすくなる問題はない。
以上のように、本発明はＬＡＮやＦＡにはない車載バス特有の特徴に着目してなされたものである。
なお、車載バスの全長は５メートル以下であることが好ましい。

前述したように、本発明によれば、電装ユニットに設けた車載バス駆動装置に接続するワイヤハーネスを高抵抗の電線からなるツイストペア線とすると、車載バス上の電圧振幅が小さくなるため、リンギングの振幅も小さくすることができる。これにより、リンギングの収束にかかる時間を短縮することができ、通信エラーを低減して車内通信の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３は、本発明の実施形態を示し、自動車に搭載される多数の電装ユニットは多重通信用の車載バスにより接続されている。図１では、多数の電装ユニットのうちの２つの電装ユニット１１、１２のみを代表して図示している。

前記車載バスを構成する自動車用ワイヤハーネスＷ／Ｈは、高抵抗の電線のツイストペア線１０からなる。ツイストペア線の両端末に接続されたコネクタ１３、１４は電装ユニット１１、１２のコネクタ１５、１６にそれぞれ嵌合接続され、ツイストペア線１０は電装ユニット１１、１２に設けられた車載バス駆動装置２０、２１に電気接続されている。

前記ツイストペア線１０は純銅の導電率、即ち、JIS C 3001「電気用銅材の電気抵抗」に規定された標準軟銅の２０℃における導電率の１５〜８５％の高抵抗導電材からなる。
本実施形態では、錫を０．８重量％含有した銅合金によりツイストペア線を形成しており、この銅合金の導電率は５５．５％である。

次に、前記ツイストペア線１０と接続される車載バス駆動装置２０、２１について説明するが、車載バス駆動装置２０と２１とは同様の構成であるため、車載バス駆動装置２０についてのみ説明する。
車載バス駆動装置２０は、ＣＡＮ通信を制御するＣＡＮコントローラＩＣであって、図２に示すように、一対の差動信号（ＣＡＮ＿Ｈ信号及びＣＡＮ＿Ｌ信号）を出力するための一対のトランジスタ２２ａ、２２ｂを有する信号送信回路部２２と、各トランジスタ２２ａ、２２ｂに対する電圧印加方向をそれぞれ規定するダイオード２３ａ、２３ｂとを備え、各ダイオード２３ａ、２３ｂの出力側にツイストペア線１０がそれぞれ直列に接続される。

信号送信回路部２２の一対のトランジス２２ａ、２２ｂのうちで一方のトランジスタ２２ａはＣＡＮ＿Ｈ信号を出力するためのハイ側トランジスタであって、一端が電源Ｖｃｃに接続され、他端がダイオード２３ａのアノードに接続され、電装ユニット１１の送信回路２４から与えられるゲート信号に応じてオンオフする。また、他方のトランジスタ２２ｂは、ＣＡＮ＿Ｌ信号を出力するためのロー側トランジスタであって、一端がダイオード２３ｂのカソードに接続され、他端が接地（ＧＮＤ）され、電装ユニット１１から与えられるゲート信号に応じてオンオフする。

各ダイオード２３ａ、２３ｂは、通信ラインであるツイストペア線１０と信号送信回路部２２の各トランジスタ２２ａ、２２ｂの間において電流の逆流を防止するために介装される。
また、電装ユニット１１の受信回路２５への接続は、各ダイオード２３ａ、２３ｂよりもコネクタ１５側から引き出されている。

前記車載バス駆動装置２０は、所定の保護回路２６を介してコネクタ１５に接続され、該コネクタ１５がツイストペア線１０の端末に接続されたコネクタ１３に着脱自在に接続されるようになっている。

前記車載バス駆動装置２０において、電装ユニット１１の送信回路２４から信号送信回路部２２の各トランジスタ２２ａ、２２ｂにゲート信号が与えられる。

ＣＡＮ＿Ｈ信号については、電装ユニットの送信回路２４からゲート信号に応じて一方のトランジスタ２２ａがオンすることによって、電源Ｖｃｃがトランジスタ２２ａ及びダイオード２３ａ、保護回路２６、コネクタ１５、１３を通じてツイストペア線１０へ送出される。
このとき、相手先の電装ユニット１２では、ツイストペア線１０から与えられた電圧が、コネクタ１４、１６、保護回路２６を通じて受信回路２５に入力される。
なお、ＣＡＮ＿Ｌ信号についても、電源Ｖｃｃと接地ＧＮＤとが異なるだけで、前記ＣＡＮ＿Ｈ信号の場合と同様である。

前記車載バス駆動装置２０、２１は、車載バス上の信号の差動電圧を所定のドミナント差動スレッシュホールド電圧値Ｖ_ＤＴおよびレセシブ差動スレッシュホールド電圧値Ｖ_ＲＴと比較して、差動電圧がドミナント差動スレッシュホールド電圧値Ｖ_ＤＴよりも高い場合に、アクティブ状態（ドミナント）と判断する一方、差動電圧がレセシブ差動スレッシュホールド電圧値Ｖ_ＲＴよりも低い場合に、パッシブ状態（レセシブ）と判断して所要の信号の送受信を行う。
なお、差動電圧にリンギングが発生している場合には、差動電圧の最低値がドミナント差動スレッシュホールド電圧値Ｖ_ＤＴよりも高くなって初めてアクティブ状態（ドミナント）と判断する一方、差動電圧の最高値がレセシブ差動スレッシュホールド電圧値Ｖ_ＲＴよりも低くなって初めてパッシブ状態（レセシブ）と判断する。よって、リンギングの振幅が大きくなって、リンギングが収束するまでの時間が長くなると、ドミナントが終了した時点からレセシブの開始を判断するまでの時間が長くなり、この時間が長くなる程、通信エラーが起こりやすくなる。

図３（Ａ）は、本実施形態の車載バスの差動信号である。一方、図３（Ｂ）は、従来のように車載バスを抵抗の低い電線からなるツイストペア線により構成した場合の車載バスの差動信号である。
本実施形態では、車載バスを高抵抗の電線からなるツイストペア線により構成しているため、従来のものと比較して電圧振幅Ｈが小さくなり、その結果、リンギング１の振幅も小さくなっている。よって、ドミナントの状態が終了した時点Ｔ１からレセシブの開始を判断できる時点Ｔ２までの時間Δｔを短縮することができ、通信エラーを起こりにくくすることができる。

本発明の自動車用ワイヤハーネスは、自動車に搭載される電装ユニット同士を接続する多重通信用の車載バスとして好適に用いられるものである。

本発明の実施形態を示し、電装ユニットを自動車用ワイヤハーネスで接続した状態を示す概略図である。 車載バス駆動装置の回路図を示す図面である。 （Ａ）は本発明の実施形態における車載バスの方形波を示す図面、（Ｂ）は比較例となる従来の車載バスの方形波を示す図面である。 通信ラインに流れる信号の方形波を示す図面である。

符号の説明

１、２ リンギング
１０ ツイストペア線
１１、１２ 電装ユニット
２０、２１ 車載バス駆動装置
Ｗ／Ｈ 自動車用ワイヤハーネス

Claims (3)

1. 自動車に搭載される電装ユニットの車載バス駆動装置に接続されて車載バスを構成する多重通信用のワイヤハーネスであって、
   導電率が純銅の１５〜８５％の高抵抗導電材からなるツイストペア電線で構成していることを特徴とする自動車用ワイヤハーネス。
2. 前記ツイストペア線を銅合金により形成している請求項１に記載の自動車用ワイヤハーネス。
3. 前記車載バス駆動装置は、前記車載バス上の信号の差動電圧を所定のドミナント差動スレッシュホールド電圧値およびレセシブ差動スレッシュホールド電圧値と比較して、アクティブ状態（ドミナント）とパッシブ状態（レセシブ）とを峻別しながら前記車載バス上で信号の送受信を行うものである請求項１または請求項２に記載の自動車用ワイヤハーネス。

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