JP2013172197A - 車載電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一方向にケーブルが敷設された場合に、電磁ノイズを効果的に低減する車載電子装置を提供すること。
【解決手段】電源線２０２とグランド線２０１を有するワイヤーハーネス２００と接続された車載電子装置１００であって、前記電源線により供給される電源にて動作し前記グランド線により接地する回路１５と、前記電源線及び前記グランド線と前記回路を接続する各配線にそれぞれ配置された直列インピーダンス調整回路１３と、前記各配線と地板とを短絡する短絡線に配置された対地インピーダンス調整回路１４と、を有し、前記回路から前記ワイヤーハーネスを見たインピーダンスと、前記ワイヤーハーネスから前記回路を見たインピーダンスとが略等しくなるように、前記直列インピーダンス調整回路及び前記対地インピーダンス調整回路のインピーダンスが設定されている、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤーハーネスなどのケーブルと接続された車載電子装置に関する。

車両には多くの装置が搭載されており、この装置は、例えばワイヤーハーネスなどのケーブルを介してバッテリ、グランド、又は、他の装置などと接続されている。このワイヤーハーネスから装置に電磁ノイズが入り込む場合がある。電磁ノイズによりすぐに装置が誤作動することはないが、このような電磁ノイズが入り込むことは回避することが好ましい。

従来から、電磁ノイズを抑制する技術が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。図１１は、特許文献１に開示されている電磁ノイズの低減方法を説明する図の一例である。通信端末装置１０は公衆回線を介して外部と通信するものであり、ＨＭＩ装置２０と送信線３１と受信線３２を介して接続されている。通信端末装置１０においてＨＭＩ装置２０との接続部にはコモンモードチョークコイルＬｃ１１，Ｌｃ１２とコンデンサｃ１１〜ｃ１４を備えた第１のコモンモード分波フィルタが配置されている。公衆回線側にも同様の第２のコモンモード分波フィルタが配置される。そして、高域周波数分路点Ｐ１〜Ｐ４をバイパス用導体ＢＧでバイパスする。このような内部構成を採用することで外部からの妨害雑音周波数又は内部からの不要漏洩雑音周波数を除去することを図っている。

特許第３６３１３４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成は、通信端末装置１０に対し対称に送信線３１と受信線３２が敷設されている構成では有効かもしれないが、ケーブルが一方向にしか敷設されない装置には適用できないという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑み、一方向にケーブルが敷設された場合に、電磁ノイズを効果的に低減する車載電子装置を提供することを目的とする。

本発明は、電源線とグランド線を有するワイヤーハーネスと接続された車載電子装置であって、前記電源線により供給される電源にて動作し前記グランド線により接地する回路と、前記電源線及び前記グランド線と前記回路を接続する各配線にそれぞれ配置された直列インピーダンス調整回路と、前記各配線と地板とを短絡する短絡線に配置された対地インピーダンス調整回路と、を有し、前記回路から前記ワイヤーハーネスを見たインピーダンスと、前記ワイヤーハーネスから前記回路を見たインピーダンスとが略等しくなるように、前記直列インピーダンス調整回路及び前記対地インピーダンス調整回路のインピーダンスが設定されている、ことを特徴とする。

一方向にケーブルが敷設された場合に、電磁ノイズを効果的に低減する車載電子装置を提供することができる。

車載電子装置の特徴的な構成を説明する図の一例である。 直列インピーダンス調整回路及び対地インピーダンス調整回路のより具体的な構成を説明する図の一例である。 車両に搭載された車載電子装置の概略斜視図の一例である。 電源線とグランド線に誘導電圧Ｅが加わった場合の車載電子装置周辺の等価回路の一例を示す図である。 等価変換により変形した場合の等価回路の一例を示す図である。 周波数に対するインピーダンスＺtp、Ｚtmの実測値の一例を示す図である。 周波数とインピーダンスＺp，Ｚmの関係を説明する図の一例である。 スミスチャートからワイヤーハーネスの延長分を求める手順を説明する図の一例である（実施例２）。 車載電子装置の概略構成図の一例である（実施例３）。 ブリッジの平衡化を説明する図の一例である（実施例３）。 特許文献１に開示されている電磁ノイズの低減方法を説明する図の一例である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、車載電子装置１００の特徴的な構成を説明する図の一例である。車載電子装置１００は、地板１７上に筐体１６が配置された構成を有している、筐体１６内には、回路１５、ワイヤーハーネス２００と接続されるコネクタ１１、コネクタと回路１５を接続する配線１２、及び、地板１７と接続される配線１８がある。回路１５は例えばＬＥＤモジュールであるが、負荷やマイコンなど電磁ノイズの影響を受けるものであればよい。配線１８は、配線１２と１対１に接続されることで、ワイヤーハーネス２００及び回路１５に接続されている。

配線１２と回路１５の間（配線１８との接続位置よりもワイヤーハーネス側）には、直列インピーダンス調整回路１３が配線毎に配置されている。また、配線１８には対地インピーダンス調整回路１４が配線毎に配置されている。なお、直列インピーダンス調整回路１３及び対地インピーダンス調整回路１４は、抵抗、静電容量（例えばコンデンサ）若しくはインダクタンス（例えばコイル）のいずれか、又は、これらの２つ以上を組み合わせたものである。

本実施形態の出願人は、回路１５から一方向にのみワイヤーハーネス２００が敷設された構成では、ワイヤーハーネス２００から見て回路１５側のインピーダンスと、ワイヤーハーネス側の対地インピーダンスをバランスさせることで、電磁ノイズを低減できることに着目した。

そこで、図１の構成の車載電子装置１００において、本実施形態では、車載電子装置１００からワイヤーハーネス２００の各配線１２を見たインピーダンスと、ワイヤーハーネス２００から車載電子装置１００を見たインピーダンスとがほぼ等しくなるように、直列インピーダンス調整回路１３及び対地インピーダンス調整回路１４が設計されている、ことが特徴の１つとなっている。

このため、図示するように、直列インピーダンス調整回路１３を地板１７と接続して対地インピーダンス調整回路１４と容量結合させることで、回路側とワイヤーハーネス２００側のインピーダンスとのバランスが取れるように、直列インピーダンス調整回路１３と対地インピーダンス調整回路１４とを設計する。これにより、電磁ノイズを大きく低減できる。

図２は、直列インピーダンス調整回路１３及び対地インピーダンス調整回路１４のより具体的な構成を説明する図の一例である。図２では、直列インピーダンス調整回路１３を配線１２のインピーダンス２１に置き換えられている。

また、図１と比較して、対地インピーダンス調整回路１４が、
配線１２と導体板アレー２３の接続部のインピーダンス２２、
導体板アレー２３と地板１７との間の浮遊容量アレー２４のインピーダンス
を合成して得られるものとしている。

図２から、配線１２と地板１７の間の配線１８に、導体板アレー２３と浮遊容量アレー２４に相当する導体を配置すれば、対地インピーダンス調整回路１４と同等の作用が得られる、ことがわかる。

〔車両への搭載例〕
図３は、車両に搭載された車載電子装置１００の概略斜視図の一例を示す。この車載電子装置１００は、ハイマウント・ストップランプの点灯を制御する。車両側のワイヤーハーネス２００はグランド線２０１と電源線２０２を有する。グランド線２０１は車載電子装置１００のグランド導体３１と接続され、電源線２０２は車載電子装置１００の電源導体３２と接続される。

グランド線２０１は接地点２２０で車両ボデーに接地されている。電源線２０２はワイヤーハーネス束２１０に束ねられている。このため、例えば、車載電子装置１００のコネクタにおけるグランド線２０１と電源線２０２のインピーダンスは大きく異なっている。

また、図３の車載電子装置１００には、グランド線２０１から回路１５に接続されるグランド導体３１、及び、回路１５から電源線２０２に接続される電源導体３２を有する。また、筐体１６と地板１７の間に導体板３４が配置されており、導体板３４と電源導体３２は短絡線３３により短絡されている。導体板３４と短絡線３３については後述する。

図３と図２を比較すると、配線１２がグランド導体３２と電源導体３１に相当し、ワイヤーハーネス２００がグランド線２０２と電源線２０１に相当し、導体板アレー２３の電源導体分は導体板３４に相当し、導体板アレー２３のグランド導体分はグランド導体２０１そのものが相当する。

電源線２０２とグランド線２０１がボデー上を並走することで伝送線路として動作するが、外来の電磁ノイズによる誘導電圧Ｅが車載電子装置１００に加わる場合がある。

図４は、電源線２０２とグランド線２０１に誘導電圧Ｅが加わった場合の車載電子装置周辺の等価回路の一例を示す図である。電源線側とグランド線側にそれぞれＣピラー以遠インピーダンスが存在する。Ｃピラー以遠インピーダンスは、Ｃピラー以降のボデー側のインピーダンスである。

リア窓下ハーネスは、車載電子装置１００と、電源線２０２及びグランド線２０１の間で生じるインピーダンスを説明するために記されている。電源線側のリア窓下ハーネスにはインピーダンスＺtpが図示されている。インピーダンスＺtpは、車載電子装置１００から電源線２０２側の各ワイヤーハーネス２００を見た場合のインピーダンスである。グランド線のリア窓下ハーネスにはインピーダンスＺtmが図示されている。インピーダンスＺtmは、車載電子装置１００からグランド線２０１側のワイヤーハーネス２００を見た場合のインピーダンスである。

また、Ｚpは電源導体３２とボデー間のインピーダンス、Ｚmはグランド導体３１とボデー間のインピーダンス、をそれぞれ意味する。インピーダンスＺm、Ｚpは、ワイヤーハーネス２００から車載電子装置（例えば回路１５：ＬＥＤ）を見た場合のインピーダンスとみなすことができる。

図５（１）〜（４）は、図４のような等価回路を等価変換により変形した場合の等価回路の一例を示す図である。図４の電源線２０２側のＣピラー以遠インピーダンスがインピーダンスＺtpに含まれるものとして扱い、グランド線２０１側のＣピラー以遠インピーダンスがインピーダンスＺtmに含まれるものとして扱うことで、図５（１）の等価回路が得られる。なお、リア窓下ハーネスは図示を省略した。

図５（１）において直列に接続されたインピーダンスＺtpと誘導電圧Ｅの配置を逆にし、直列に接続されたインピーダンスＺtmと誘導電圧Ｅの配置を逆にすることで、図５（２）の等価回路が得られる。

図５（２）においてインピーダンスＺtpに対し直列な誘導電圧Ｅ、及び、インピーダンスＺtmに対し直列な誘導電圧Ｅを、インピーダンスＺtp、Ｚtmに対しそれぞれ並列な２つの誘導電圧Ｅに置き換えることで、図５（３）の等価回路が得られる。なお、図５（２）と（３）の誘導電圧Ｅは異なっているが、以降は、図５（３）の誘導電圧を誘導電圧Ｅとする。

そして、図５（３）において電源線２０２側とグランド線２０１側の２つの誘導電圧Ｅを１つの誘導電圧Ｅに統合することで図５（４）の等価回路が得られる。図５（４）の等価回路はブリッジ回路（高周波ブリッジ回路）である。ブリッジ回路の並行条件（ＬＥＤに電流を流さない条件）は、以下であることが知られている。
Ｚtp：Ｚp＝Ｚtm：Ｚm （Ｚtm×Ｚp＝Ｚtp×Ｚm） …（１）
したがって、この関係が得られるようにインピーダンスを調整すればよい。

ここで、インピーダンスＺtp、Ｚtmは電線路特性の影響を受け、周波数によって変化する。図６は周波数に対するインピーダンスＺtp、Ｚtmの実測値の一例を示す図である。図６では０〜２００MＨｚの周波数の電圧を車載電子装置１００に与えた際のインピーダンスＺtp、Ｚtmが図示されている。

例えば、１５０MＨｚ付近の外来の電磁ノイズが、車室の共振などで車載電子装置１００に到達する場合を想定する。１５０MＨｚ付近のインピーダンスＺtp、Ｚtmに着目すると、グランド線側のインピーダンスＺtm（約２００）の方が、電源線側のインピーダンスＺtp（約１００）よりも大きくなっている。

また、従来の車載電子装置１００では、ワイヤーハーネス２００から車載電子装置（回路１５：ＬＥＤ）を見た場合のインピーダンスはグランド線側が低く、電源線側が大きい。

図７（ａ）は、周波数に対するグランド線側と電源線側のインピーダンスの関係を説明する図の一例である。このインピーダンスをＺp，Ｚmとみなして説明する。インピーダンスＺp，Ｚmは、図示する周波数の全域でグランド線側のインピーダンスＺmの方が、電源線側のインピーダンスＺpよりも小さくなっている。ここで、同様に１５０MＨｚ付近の値を取り出すと、インピーダンスＺmが約８０、電源線側のインピーダンスＺpが約１００になっている。

したがって、１５０MＨｚ付近のインピーダンスＺtp、Ｚtm、Ｚp、Ｚmの値を図５（４）のブリッジ回路にあてはめると、電源線側のＬＥＤの接続点１の電圧の方が、グランド線側のＬＥＤの接続点２の電圧よりも高くなる。よって、１５０MＨｚ付近の電磁ノイズが車載電子装置１００に到達した場合、電源線側からグランド線側に電流が流れるのでＬＥＤが点灯してしまう。

そこで、本実施形態では、図３に示したように、地板１７と接続された導体板３４を地板１７上に設け、電源導体３２と導体板３４を短絡線３３にて短絡する。これにより、導体板３４と地板１７との間の容量結合により電源線側のインピーダンスＺtpを下げることができる。

また、さらに、導体板３４の寸法（長さ、幅、厚み）や導電率を調整する。調整の際、各インピーダンスに以下の関係が成立するように導体板３４を設計する。
Ｚp：Ｚm＝Ｚtp：Ｚtm …（１´）
すなわち、Ｚp：Ｚmが、Ｚtp：Ｚtmと同程度になるように導体板３４を設計すればよい。

例えば、Ｚpがｋ×Ｚmとなるように調整した場合（ｋ（＜１）倍となるように調整した）、Ｚp＝ｋ×Ｚmを式（１´）に適用すると、
Ｚtp＝ｋ・Ｚtm が得られる。よって、Ｚp：ＺmをＺtp：Ｚtmと同程度にすることで、式（１）の関係が得られる。

図７（ｂ）は、式（１）の条件を満たすように調整されたインピーダンスＺm、Ｚpを示す図の一例である。１５０MＨｚ付近のインピーダンスＺmが約４０、インピーダンスＺpが約９０であるとする。この場合、インピーダンスＺtpはＺtmの（９／４）倍であったことなる。これらの値を図５（４）のブリッジ回路にあてはめると、電源線側のＬＥＤの接続点１の電圧と、グランド線側のＬＥＤの接続点２の電圧がほぼ等しくなる。したがって、１５０MＨｚ付近の電磁ノイズが車載電子装置１００に到達しても、ＬＥＤが点灯することを防止できる。

なお、図３において、グランド導体３１と導体板３４を短絡した場合、グランド線側のインピーダンスＺmがさらに低下する。図７（ｃ）は、グランド導体３１と導体板３４を短絡した場合のインピーダンスＺm、Ｚpを示す図の一例である。この場合、グランウンド線側のインピーダンスＺmが、図７（ａ）の状態よりも小さくなるので、ＬＥＤを明るく点灯することができるようになる。

以上説明したように、本実施例の車載電子装置１００は、電源導体３２を導体板３４に接続し、導体板３４の寸法や導電率を調整することで、電磁ノイズの影響を受けにくい車載電子装置１００を提供できる。

本実施例では、ワイヤーハーネス２００を延長することでインピーダンスを調整する車載電子装置１００について説明する。

実施例１にて説明した、電源導体３２を導体板３４に接続し導体板３４の寸法や導電率を調整しても、所望のインピーダンスが得られない場合がある。例えば、インピーダンスＺpとＺmの比が以下のようになったとする。
Ｚp：Ｚm＝２９Ω：７６Ω
図６の１５０MＨｚにおける、インピーダンスＺtpとＺtmの詳細は値な以下のとおりである。
Ｚtp：Ｚtm＝８９Ω：１６８Ω
したがって、Ｚp：ＺmとＺtp：Ｚtmが同程度とは言えない。

本実施例では、このような場合、ワイヤーハーネス２００を延長して、インピーダンスＺtpとＺtmを調整する。そして、調整に際してはスミスチャートを使用する。

図８は、スミスチャートからワイヤーハーネス２００の適切な延長分を求める手順を説明する図の一例である。このスミスチャートは１５０Ωを基準にしている。ワイヤーハーネスの特性インピーダンスは予め定まっている。または、少なくとも実測することができる。

図８の「○」が延長前の、車載電子装置１００から見たインピーダンスＺtm、Ｚtpである。

ワイヤーハーネス２００を延長すると、これらは「○」点を始点として、スミスチャートの中心を時計回りに円を描く。ワイヤーハーネス内を伝わる電波の波長をλとすると、λ・１／２の軌跡の長さが、円の一周に相当する。電磁ノイズの周波数を１５０MＨｚ、電波の早さを３０万ｋｍ／秒、とすると、電波の波長λは次のようになる。
λ＝３０万〔ｋｍ／ｓ〕／１５０〔MＨｚ〕＝２
λが約２メートルであるとすると、円を一周する長さのワイヤーハーネス２００は、約１メートルとなる（実際には電線を伝わる電波の速さはもっと遅いのでこれよりも短くなる）。

より具体的には、延長前のインピーダンスＺtpとＺtmから、下式によりワイヤーハーネス２００を延長した場合のインピーダンスが得られる。

式（２）において、Z0はワイヤーハーネス２００の特性インピーダンス、βは位相定数、ｌはワイヤーハーネス２００の延長分、Zlは延長前のインピーダンスＺtp、Ｚtmである。

したがって、実用的な延長分の範囲で、ｌを変えながらインピーダンスZを算出することで、インピーダンスＺpとＺmの比と同程度の比のインピーダンスＺtp、Ｚtmが得られる。

例えば、ワイヤーハーネス２００を８ｃｍ延長した場合（ｌ＝８ｃｍの場合）、スミスチャートの等抵抗線上の値は約１．２なので、インピーダンスＺtm＝１５０Ω×１．２＝１８０Ω、となる。同様に、ワイヤーハーネス２００を８ｃｍ延長した場合、スミスチャートの等抵抗線上の値は約０．４５なので、インピーダンスＺtp＝１５０Ω×０．４５＝６７．５Ω、となる
「Ｚtp：Ｚtm＝６７．５Ω：１８０Ω」は「Ｚp：Ｚm＝２９Ω：７６Ω」とほぼ等しいとしてよい。

したがって、本実施例によれば、ワイヤーハーネス２００を延長することで、電磁ノイズが車載電子装置１００に及ぼす影響を低減することができる。

本実施例では、複数のＬＥＤ１５を有する車載電子装置１００について説明する。このような車載電子装置１００はハイマウント・ストップランプに適用される。

図９は、車載電子装置１００の概略構成図の一例を示す。本実施例の車載電子装置１００は図３の車載電子装置１００と置き換えることができる。図３ではＬＥＤ１５が１つのみであったが、図９では４つのＬＥＤ１５ａ〜１５ｄが直列に配置されている。ＬＥＤ１５ａとＬＥＤ１５ｂの間、及び、ＬＥＤ１５ｃとＬＥＤ１５ｄの間にはそれぞれ電流制限抵抗１９ａ、１９ｂが配置されている。

４つのＬＥＤ１５ａ〜１５ｄには１本の電源導体３２から電源が供給され、４つのＬＥＤ１５ａ〜１５ｄは１本のグランド導体３１に接続されている。よって、電源導体３２とグランド導体３１を電流が流れることで４つのＬＥＤ１５ａ〜１５ｄが点灯する。

図９のような構成では、グランド線側のインピーダンスＺmの方が、電源線側のインピーダンスＺpよりも小さいため、ブリッジ回路が不平衡となり電磁ノイズでＬＥＤ１５ａ〜１５ｄが点灯するおそれがある。この場合、以下のようにブリッジ回路を平衡化する。

図１０は、ブリッジの平衡化を説明する図の一例である。まず、電源導体３２の線幅（面積）が拡大されている。これにより、電源導体３２が導体板３４を兼ねることができ、地板１７との結合容量を大きくし、電源線側のインピーダンスを低減できる。

また、電流制限抵抗１９を１つにまとめ、高周波に対して直列インピーダンス調整回路１３の役割を兼ねさせ、グランド線側のインピーダンスを大きくする。

これにより、図７（ｂ）のように、グランド線側のインピーダンスＺmを、電源線側のインピーダンスＺpよりも大きくでき、電磁ノイズによりＬＥＤ１５ａ〜１５ｄが点灯することを抑制できる。

したがって、本実施例によれば、車載電子装置１００が複数個のＬＥＤを有していても、電源導体３２の線幅を大きくし、電流制限抵抗１９を１つにまとめることで、電磁ノイズがＬＥＤを点灯することを抑制できる。

１２、１８ 配線
１３ 直列インピーダンス調整回路
１４ 対地インピーダンス調整回路
１５ 回路（ＬＥＤ）
１７ 地板
３１ グランド導体
３２ 電源導体
３３ 短絡線
３４ 導体板
１００ 車載電子装置
２００ ワイヤーハーネス

Claims (4)

1. 電源線とグランド線を有するワイヤーハーネスと接続された車載電子装置であって、
   前記電源線により供給される電源にて動作し前記グランド線により接地する回路と、
   前記電源線及び前記グランド線と前記回路を接続する各配線にそれぞれ配置された直列インピーダンス調整回路と、
   前記各配線と地板とを短絡する短絡線に配置された対地インピーダンス調整回路と、を有し、
   前記回路から前記ワイヤーハーネスを見たインピーダンスと、前記ワイヤーハーネスから前記回路を見たインピーダンスとが略等しくなるように、前記直列インピーダンス調整回路及び前記対地インピーダンス調整回路のインピーダンスが設定されている、
   ことを特徴とする車載電子装置。
2. 前記対地インピーダンス調整回路のインピーダンスは、前記各配線のインピーダンス、前記各配線と前記地板との間に配置された導体板のインピーダンス、及び、各導体板と前記地板との間の浮遊容量、の合成である、
   ことを特徴とする請求項１記載の車載電子装置。
3. 前記地板は車両ボデーの一部であり、
   前記回路は前記各配線に接続されたＬＥＤを有しており、
   前記各配線の一部は前記ワイヤーハーネスの前記電源線と接続された電源導体であり、
   前記各配線の残りは前記ワイヤーハーネスの前記グランド線と接続されたグランド導体であり、
   前記導体板の前記電源導体分は、前記電源導体及び前記地板と短絡された対地板導体板で構成し、
   前記導体板の前記グランド導体分は前記グランド導体で構成される、
   ことを特徴とする請求項２記載の車載電子装置。
4. 当該車載電子装置から前記ワイヤーハーネスを見たインピーダンスと、前記ワイヤーハーネスから当該車載電子装置を見たインピーダンスの差が小さくなるように、前記ワイヤーハーネスが延長されている
   ことを特徴とする請求項３記載の車載電子装置。

Images