JP2017136924A - 車両用回路体 - Google Patents

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Abstract

【課題】様々な電装品と車両上の電源との間および電装品同士の電気接続のための構造を簡素化すると共に、小型化及び重量の低減が可能な車両用回路体を提供する【解決手段】各部のバックボーン構造体20、30、40に含まれる幹線からそれぞれ分岐した分岐線に各種補機71、72、73を接続して電力の供給や通信経路の確保を行う。スマート電源ボックス10等に配置される上位制御部11〜13とエリアドライバ51〜54等に配置される下位制御部51c、52c、53cとの間で通信して電力分配等の制御を実現する。幹線と分岐線との接続箇所に切替回路を配置して、接続する端子同士が整合するように自動的に切り替える。電力供給側の多数の端子の電流等の仕様を共通に固定し、使用する端子数を切り替えて分配する電力を制御する。部品の共通化や品番の削減が容易になる。接続位置を自由に変更できる。【選択図】図1

Description

本発明は、車両に配索される車両用回路体に関する。
車両上においては、例えば主電源であるオルタネータ(発電機)やバッテリーから膨大な数の様々な電装品のそれぞれに対して電源電力を適切に供給する必要がある。また、このような電源電力の供給に用いるシステムにおいては、必要に応じて電力供給のオンオフを切り替える機能や、電装品に過大な電流が流れた場合に系統毎に電流を遮断するための機能も搭載する必要がある。
一般的な車両においては、多数の電線の集合体であるワイヤハーネスを車両上に配索し、このワイヤハーネスを介して、主電源と各部の電装品との間を接続し電力の供給を行っている。また、電源電力を複数系統に分配するためにジャンクションボックスを用いたり、電力供給のオンオフを系統毎に制御するためにリレーボックスを用いたり、ワイヤハーネスの各電線や負荷を保護するためにヒューズボックスを用いることが一般的である。
例えば、特許文献1に示されているワイヤハーネスは、ネットワーク伝送路と、電源やGND、その他の信号を供給するための回路とを備えている。また、このワイヤハーネスは、ワイヤハーネス幹線と、サブワイヤハーネスと、オプションサブワイヤハーネスと、ネットワークハブ装置とを備えている。
特開2005−78962号公報
近年、車両に搭載される電装品の増加に伴い、車体上に配索される上記ワイヤハーネスの構造が複雑化する傾向にある。したがって、例えば特許文献1のようにワイヤハーネス幹線と、サブワイヤハーネスと、オプションサブワイヤハーネスとを組み合わせ、全体として複雑な形状のワイヤハーネスを構成し、車体上の様々な箇所に配置される様々な電装品との接続を可能にしている。
また、車両に搭載される電装品の増加に伴い、ワイヤハーネスを構成する各電線の径が太くなったり、電線本数が増えることになるため、ワイヤハーネス全体が大型化したり、重量が増大する傾向にある。また、ワイヤハーネスを搭載する車種の違いや車両に搭載するオプション電装品の種類の増加に伴って、製造すべきワイヤハーネスの種類および品番が増えるため、ワイヤハーネスを構成する部品の共通化が難しく、部品コストや製造コストが増大してしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、様々な電装品と車両上の電源との間および電装品同士の電気接続のための構造を簡素化すると共に、小型化及び重量の低減が可能な車両用回路体を提供することにある。
前述した目的を達成するために、本発明に係る車両用回路体は、下記(1)〜(6)を特徴としている。
(1) 車両に配索される車両用回路体であって、
電源ライン及び通信ラインを含む幹線と、
電源ライン及び通信ラインを含む分岐線と、
下位制御部を有し、前記分岐線を前記幹線に接続するための分岐部と、
前記幹線に接続され、前記下位制御部との通信に基づき、前記分岐線に供給すべき電力の分配を制御するとともに、前記下位制御部を制御する上位制御部と、
を備えることを特徴とする車両用回路体。
上記(1)の構成の車両用回路体によれば、前記上位制御部が前記下位制御部を制御し、前記幹線から前記分岐線に供給する電力を適切に制御できる。したがって、消費電力が異なる様々な種類の電装品を前記分岐線を介して前記幹線に接続する場合であっても、共通の構成を有する幹線を利用でき、部品の共通化および構成の簡素化が実現する。また、通信ラインも接続されるので、上位制御部が、下位制御部を介して下位制御部に接続されている補機を制御することも可能になる。
(2) 前記分岐部は、複数の前記分岐線を着脱可能であり、
前記下位制御部は、接続された前記分岐線に接続されている補機および当該補機に供給すべき電力に応じて、前記幹線と前記分岐線の前記通信ラインおよび前記電源ラインの接続を切替える切替回路を有する、
上記(1)に記載の車両用回路体。
上記(2)の構成の車両用回路体によれば、前記分岐部に接続される補機(電装品)に応じて、分岐線に供給される電力や通信ラインの接続を切替えることができるので、接続可能とする分岐線及び補機の種類を増加させることができる。
(3) 前記下位制御部は、接続された前記分岐線に接続されている補機に供給すべき電力に関する情報を前記上位制御部に送信する、
上記(2)に記載の車両用回路体。
上記(3)の構成の車両用回路体によれば、前記上位制御部は前記下位制御部から送信される情報に基づいて、該当部位に供給する電力を適切に制御することが可能になる。
(4) 前記分岐部が、接続された前記分岐線に電力を供給可能な補助電源を有する、
上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の車両用回路体。
上記(4)の構成の車両用回路体によれば、前記分岐部に接続される補機自体が補助電源を備えていない場合でも、車両の主電源からの電力供給が遮断されたような場合に、分岐部の補助電源から補機に電力を供給できる。したがって、車両に搭載する補助電源の総数を減らし、車両全体の重量を低減することが可能になる。
(5) 前記切替回路は、1つの端子を所定の電源ラインと接続する第1のスイッチ素子と、前記端子をグランドラインと接続する第2スイッチ素子と、前記端子に対する信号の入力または出力を許容する信号入出力素子と、前記第1のスイッチ素子、前記第2スイッチ素子、および前記信号入出力素子の状態を切り替えるプログラム可能な制御デバイスと、を含む、
上記(2)に記載の車両用回路体。
上記(5)の構成の車両用回路体によれば、幹線や分岐線がグランドラインを有する場合において、1つの端子を所定の電源ラインと接続した状態と、前記端子をグランドラインと接続した状態と、前記端子を通信線等の信号線と接続した状態と、を選択的に切り替えることができる。したがって、前記分岐線を前記幹線上のどの部位の端子と接続した場合であっても、電源ライン、グランドライン、通信線等が前記幹線と前記分岐線との間で整合関係を維持するように制御できる。そのため、各端子の接続部位を必要に応じて自由に選択することが可能になる。
(6) 前記下位制御部は、前記分岐線に接続されている補機に供給すべき電力に応じて、少なくとも前記分岐線の1つの電源端子と接続する前記幹線側の前記電源ラインの接続端子数を切り替える、
上記(2)に記載の車両用回路体。
上記(6)の構成の車両用回路体によれば、前記分岐線の1つの電源端子と接続する前記幹線側の前記電源ラインの接続端子数を切り替えることができる。したがって、前記幹線側の接続端子毎に許容する電力容量が一定の場合であっても、使用する接続端子数を増減することにより、前記分岐線の配下の補機が必要とする電力を供給できるように、接続状態を切り替えることができる。前記幹線側の接続端子毎に許容する電力容量を一定値に固定にすれば、前記幹線の構成を共通化したり、構成を簡素化することが容易になる。
本発明の車両用回路体によれば、様々な電装品と車両上の電源との間および電装品同士の電気接続のための構造を簡素化すると共に、小型化及び重量の低減が可能になる。
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
図1は、本発明の実施形態における車両用回路体を含むシステムの主要部の構成例を示すブロック図である。 図2は、図1に示したシステムの一部分に関する車室内の具体的なレイアウトおよび接続状態を示す斜視図である。 図3(A)は、図2中のIII−III線から視た断面の構成例を示す断面図、図3(B)は図3(A)と同じ箇所の変形例を示す断面図である。 図4は、バックボーン構造体と複数の補機の各々との間を接続するための構成例を示すブロック図である。 図5(A)および図5(B)は、それぞれ図4に示した構成におけるより具体的な接続例を示すブロック図である。 図6は、ヒューズ用バスバーの各端子の配置状態およびこれと接続する配線のコネクタとの位置関係の例を示す斜視図である。 図7は、バックボーン構造体に備わった切替回路の構成例を示すブロック図である。 図8は、図2に示した構成とは異なる接続形態の変形例(1)のシステムを示す斜視図である。 図9は、図2に示した構成とは異なる接続形態の変形例(2)のシステムを示す斜視図である。 図10は、図1に示したシステムに装備可能な分配器を示すブロック図である。
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
まず、システムの主要部の構成例について説明する。
本発明の実施形態における車両用回路体を含むシステムの主要部の構成例を図1に示す。なお、本発明の車両用回路体は、車両に搭載される一般的なワイヤハーネスの一部分または全体に相当する機能を実現するものであるが、形状や構造が一般的なワイヤハーネスとは大きく異なる。具体的には、構造を簡素化するために、形状が単純なバックボーン構造体を配索用に用いている。そして、このバックボーン構造体の幹線に分岐線を接続し、分岐線を介して様々な補機(電装品)を接続できるように構成している。
図1に示したシステムに含まれる車両用回路体は、基本的な構成要素として、スマート電源ボックス10、インパネ部配索用バックボーン構造体20、エンコパ部配索用バックボーン構造体30、およびフロア部配索用バックボーン構造体40を備えている。
次に、インパネ部配索用バックボーン構造体20について説明する。
インパネ部配索用バックボーン構造体20は、車両のインストルメントパネル(略してインパネ)に沿うように左右方向に向けて配索される構造体であり、複数の配索用導電性部材20a、20b、20c、20d、および20eを備えている。これらの配索用導電性部材20a、20b、20c、20d、および20eは、例えば電線、あるいは導電性の良好な金属材料により構成されるバスバーなどの部品であり、これらは構造体として一体化されている。
図1に示した例では、配索用導電性部材20aは+5[V]の直流電源電力を通すための電源ライン、配索用導電性部材20bは+12[V]の直流電源電力を通すための電源ライン、配索用導電性部材20cはグランド(すなわちアース)と接続するためのグランドライン、配索用導電性部材20dおよび20eは通信のためのデジタル信号や、様々なアナログ信号を伝送するために利用される信号線である。なお、各バックボーン構造体のグランドラインについては一部を省略することもできる。例えば、車体が金属の場合には、近傍の車体と接続することにより車体アースを利用することができる。
次に、エンコパ部配索用バックボーン構造体30について説明する。
エンコパ部配索用バックボーン構造体30は、車両のエンジンコンパートメント(略してエンコパ)、すなわちエンジンルーム内に配索される構造体であり、複数の配索用導電性部材30a、30b、30c、30d、および30eを備えている。これらの配索用導電性部材30a、30b、30c、30d、および30eは、例えば電線、あるいは導電性の良好な金属材料により構成されるバスバーなどの部品であり、これらは構造体として一体化されている。
実際には、電源ラインおよびグランドラインには大きな電流を流す必要があるので、配索用導電性部材30a、30b、および30cは断面積が十分大きいバスバーで構成してある。また、扁平な板状のバスバーを用いることにより、厚み方向の折り曲げが容易になり、所定の配索経路に沿う形状に加工することが容易になる。また、2本の通信線は2本の電線をより合わせたツイストペア線で構成することにより外部ノイズの影響を低減できる。
図1に示した例では、配索用導電性部材30aは+12[V]の直流電源電力を通すための電源ライン、配索用導電性部材30bはグランドと接続するためのグランドライン、配索用導電性部材30cは+48[V]の直流電源電力を通すための電源ライン、配索用導電性部材30dおよび30eは通信線である。エンコパ部配索用バックボーン構造体30の配索用導電性部材30aおよび30bは、端部が図1に示すようにオルタネータ(発電機)61およびスタータ62と接続されている。
次に、フロア部配索用バックボーン構造体40について説明する。
フロア部配索用バックボーン構造体40は、車両の車室内のフロア部分に沿って前後方向にリア側まで配索される構造体であり、複数の配索用導電性部材40a、40b、40c、40d、および40eを備えている。これらの配索用導電性部材40a、40b、40c、40d、および40eは、例えば電線、あるいは導電性の良好な金属材料により構成されるバスバーなどの部品であり、これらは構造体として一体化されている。
また、電源ラインおよびグランドラインには大きな電流を流す必要があるので、配索用導電性部材40a、40b、および40cは断面積が十分大きいバスバーで構成してある。また、扁平な板状のバスバーを用いることにより、厚み方向の折り曲げが容易になり、所定の配索経路に沿う形状に加工することが容易になる。また、2本の通信線は2本の電線をより合わせたツイストペア線で構成することにより外部ノイズの影響を低減できる。
図1に示した例では、配索用導電性部材40aは+12[V]の直流電源電力を通すための電源ライン、配索用導電性部材40bはグランドと接続するためのグランドライン、配索用導電性部材40cは+48[V]の直流電源電力を通すための電源ライン、配索用導電性部材40dおよび40eは通信線である。
フロア部配索用バックボーン構造体40の配索用導電性部材40aは、端部が第1バッテリー63の正極と接続され、配索用導電性部材40bの端部は第1バッテリー63および第2バッテリー64の負極と接続され、配索用導電性部材40cの端部は第2バッテリー64の正極と接続されている。
第1バッテリー63および第2バッテリー64は車両リア部のトランク下方などの箇所に配置されている。第1バッテリー63は+12[V]の直流電力の充電および放電が可能な蓄電池であり、第2バッテリー64は+48[V]の直流電力の充電および放電が可能な蓄電池である。
次に、スマート電源ボックス10について説明する。
図1に示すように、スマート電源ボックス10は、インパネ部配索用バックボーン構造体20、エンコパ部配索用バックボーン構造体30、およびフロア部配索用バックボーン構造体40と接続されており、システム全体の制御を行うことができる。
エンコパ部配索用バックボーン構造体30の配索用導電性部材30a、30b、30c、30d、および30eは、それぞれフロア部配索用バックボーン構造体40の配索用導電性部材40a、40b、40c、40d、および40eと接続されるように、スマート電源ボックス10の内部で接続されている。
また、スマート電源ボックス10内部に備わっているDC/DCコンバータ14は、配索用導電性部材40aを介して供給される+12[V]の電力、または配索用導電性部材40cを介して供給される+48[V]の電力に基づいて、+5[V]および+12[V]の直流電力を生成し、インパネ部配索用バックボーン構造体20に供給することができる。
スマート電源ボックス10には、それぞれ個別に着脱可能な複数の電子制御ユニット(ECU)11、12、および13が備わっている。例えば、車両の車種毎に、スマート電源ボックス10に装着する電子制御ユニットを差し替えることにより、機能の追加や変更を行うことができる。
これらの電子制御ユニットの働きにより、スマート電源ボックス10は様々な制御を実施することができる。例えば、スマート電源ボックス10は、インパネ部配索用バックボーン構造体20、エンコパ部配索用バックボーン構造体30、およびフロア部配索用バックボーン構造体40の配下の各位置に何が繋がっているのかを自動的に識別し、適切な制御を実施する。この制御には、接続位置の違いに対応した回路の切換、供給電力の切換、過電流制御、異常発生時の電力バックアップ制御、通信ゲートウェイ制御などが含まれる。また、車両上の機器同士の間で無線通信するための近距離無線通信機能もスマート電源ボックス10が備えている。
次に、エリアドライバおよび補機について説明する。
図1に示したシステムにおいては、インパネ部配索用バックボーン構造体20の配下に様々な補機(電装品)を容易に接続できるように、エリアドライバ51、52等がインパネ部配索用バックボーン構造体20に接続してある。また、エンコパ部配索用バックボーン構造体30にはエリアドライバ53が接続してあり、フロア部配索用バックボーン構造体40にはエリアドライバ54が接続してある。
例えば、エリアドライバ51は下流側接続部51aおよびスレーブ制御部51cを備えている。下流側接続部51aは、例えばUSB(Universal Serial Bus)規格の複数のコネクタとして構成され、シリアル通信機能および電力供給機能を備えている。
図1に示した例では、負荷71a、スイッチ71b、およびセンサ71cを含む補機71が、サブハーネス81を介してエリアドライバ51の下流側接続部51aと接続されている。サブハーネス81については、負荷71a、スイッチ71b、およびセンサ71cのそれぞれについて個別に用意することもできるし、これらを1つに纏めることも考えられる。
スレーブ制御部51cは、上位の電子制御ユニット(ECU)からの指示を、スマート電源ボックス10およびインパネ部配索用バックボーン構造体20を経由して受信し、受信した内容に従って負荷71aを制御したり、スイッチ71bの状態を示す情報や、センサ71cの検出状態を示す情報を上位の電子制御ユニットに対して送信する機能を有している。また、スレーブ制御部51cは、補機71が必要とする電源電力の情報をスマート電源ボックス10に対して送信する機能も備えている。
図1に示した例では、エリアドライバ52はバックアップ用バッテリー52bを内蔵している。このバックアップ用バッテリー52bは、システム内のいずれかの電力供給経路において何らかの不具合が発生し、電力供給が停止した箇所が生じた場合に、該当する箇所に対してバックアップ用の電源電力を供給するために備わっている。エリアドライバ52内のスレーブ制御部52cは、近距離無線通信機能を備えている。このスレーブ制御部52cは、近距離無線通信によるスマート電源ボックス10内の電子制御ユニットからの情報に基づいて、異常の発生を検知すると、バックアップ用バッテリー52bの電源電力をインパネ部配索用バックボーン構造体20の電源系統に出力する。
したがって、例えばインパネ部配索用バックボーン構造体20上で断線が生じてエリアドライバ51に対する電力供給が停止したような場合には、エリアドライバ51配下の補機71に対して、バックアップ用バッテリー52bの電力を供給することができる。この場合は近距離無線通信を利用するので、インパネ部配索用バックボーン構造体20上で通信線が遮断された場合であってもバックアップ電力を供給することができる。
エリアドライバ52上にバックアップ用バッテリー52bを内蔵することにより、補機毎に個別にバックアップ電源を装備しなくても、異常発生時の信頼性を確保できる。バックアップ電源をエリアドライバ52側に設置することにより、システム全体として、バックアップ電源の総数を減らすことができ、小型化、軽量化に役立つ。
図1に示した例では、エンコパ部配索用バックボーン構造体30に接続したエリアドライバ53の内部にもバックアップ用バッテリー53bが備わっており、フロア部配索用バックボーン構造体40に接続したエリアドライバ54の内部にバックアップ用バッテリー54bが備わっている。したがって、断線等が発生した箇所に応じて、バックアップ用バッテリー52b、53b、および54bのいずれかを選択したり、これらを組み合わせて適切なバックアップ電力をシステム上の必要な箇所に供給することが可能である。
図1に示した例では、負荷72a、スイッチ72b、およびセンサ72cを含む補機72が、サブハーネス82を介してエリアドライバ53の下流側接続部53aと接続されている。エリアドライバ53内のスレーブ制御部53cは、上位の電子制御ユニット(ECU)からの指示を、スマート電源ボックス10およびエンコパ部配索用バックボーン構造体30を経由して受信し、受信した内容に従って負荷72aを制御したり、スイッチ72bの状態を示す情報や、センサ72cの検出状態を示す情報を上位の電子制御ユニットに対して送信する機能を有している。また、スレーブ制御部53cは、補機72が必要とする電源電力の情報をスマート電源ボックス10に対して送信する機能も備えている。
上記と同様に、負荷73a、スイッチ73b、およびセンサ73cを含む補機73が、サブハーネス83を介してエリアドライバ54の下流側接続部54aと接続されている。エリアドライバ54内のスレーブ制御部は、上位の電子制御ユニット(ECU)からの指示を、スマート電源ボックス10およびフロア部配索用バックボーン構造体40を経由して受信し、受信した内容に従って負荷73aを制御したり、スイッチ73bの状態を示す情報や、センサ73cの検出状態を示す情報を上位の電子制御ユニットに対して送信する機能を有している。また、このスレーブ制御部は、補機73が必要とする電源電力の情報をスマート電源ボックス10に対して送信する機能も備えている。
次に、具体的なレイアウトおよび接続状態の例を説明する。
図1に示したシステムの一部分に関する車室内の具体的なレイアウトおよび接続状態を図2に示す。また、図2中のIII−III線から視た断面の構成例を図3(A)に示し、図3(A)と同じ箇所の変形例を図3(B)に示す。
図2に示した車両においては、運転席前方のインストルメントパネル(図示せず)の下方位置に左右方向に向けて、車体骨格の一部であるリンホース90が配置されている。このリンホース90に沿って、もしくはこれと一体構造になるように、図1に示したインパネ部配索用バックボーン構造体20が設置されている。
例えば、図3(A)に示した構成例では、断面が円形状のリンホース90の上側の一部分を加工して平面を形成し、この平面に沿うように断面が薄板形状のインパネ部配索用バックボーン構造体20を固定してある。また、図3(B)に示した構成例では、リンホース90Bを中空構造に形成し、このリンホース90Bの内側の空間に断面が薄板形状のインパネ部配索用バックボーン構造体20を収容し一体化してある。
図1に示したシステムに含まれているスマート電源ボックス10は、図2に示す例では運転席前方の右側に設置してある。そして、インパネ部配索用バックボーン構造体20の右端をスマート電源ボックス10と接続してある。また、スマート電源ボックス10の下端に、フロア部配索用バックボーン構造体40の先端を接続してある。
図2に示すように、インパネ部配索用バックボーン構造体20、およびフロア部配索用バックボーン構造体40はいずれも薄板形状であり、単純な形状を有している。また、これらは設置する箇所の形状に合わせて部分的に折り曲げてある。薄板形状であるため厚み方向の折り曲げは比較的容易である。
図2に示した構成においては、インパネ部配索用バックボーン構造体20上の中間部に分岐・接続ボックス21、22、および23を設置してある。そして、1番目のエリアドライバ51を分岐・接続ボックス21を介してインパネ部配索用バックボーン構造体20と接続し、2番目のエリアドライバ52を分岐・接続ボックス22を介してインパネ部配索用バックボーン構造体20と接続し、3番目のエリアドライバ55を分岐・接続ボックス23を介してインパネ部配索用バックボーン構造体20と接続してある。
各分岐・接続ボックス21、22、および23は、インパネ部配索用バックボーン構造体20上の配索用導電性部材20a、20b、20c、20d、および20eをそれぞれ分岐して各エリアドライバ51、52、55と接続するための分岐線21A、22A、および23Aを有している。
図2に示した構成において、例えば、エリアドライバ52の下流側接続部52aには多数のサブハーネス81を接続してあるので、各サブハーネス81に様々な種類の補機を接続することができる。なお、サブハーネス81を使わずに補機を直接下流側接続部52aの各コネクタと接続しても良い。
なお、インパネ部配索用バックボーン構造体20内の配索用導電性部材20a〜20eについては、図3(A)のようにバックボーン構造体の幅方向に並べて配置しても良いし、厚み方向に積層しても良い。但し、配索用導電性部材20a〜20eが互いに電気的に絶縁されるように、樹脂などの電気絶縁材料を間に挟んで、あるいは外側を被覆する必要がある。エンコパ部配索用バックボーン構造体30およびフロア部配索用バックボーン構造体40についても同様である。
エリアドライバ51、52、および55の各々は、有線および無線の通信モジュールと、USB規格の接続ポートと、半導体スイッチやヒューズの機能を持たせた半導体(またはその複合体)を備えている。また、エリアドライバ51、52、および55の少なくとも1つは、図1に示したバックアップ用バッテリー52bを搭載している。
次に、バックボーン構造体と各補機の接続形態の詳細について説明する。
バックボーン構造体と複数の補機の各々との間を接続するための構成例を図4に示す。また、図4に示した構成におけるより具体的な接続例を図5(A)および図5(B)にそれぞれ示す。
図1に示したような構成のシステムにおいては、エンコパ部配索用バックボーン構造体30、フロア部配索用バックボーン構造体40等の各部に様々な種類の多数の補機74(1)〜74(8)が図4のように接続される。なお、図4においては理解を容易にするためにエリアドライバの記載を省略してある。
図4のような構成において、電源供給側は、過大な電流が流れた場合に該当する回路の電流を遮断できるようにヒューズを介して回路を接続することになる。ここで、補機74(1)〜74(8)の各々は、消費する電源電流がそれぞれ異なるので、接続する補機毎に適切な電流値のヒューズを個別に用意しないと、適切な遮断制御ができない。しかし、接続する補機毎に種類の異なるヒューズを使う場合には、接続する位置毎に構成や仕様が変わるため、構成が複雑になるのは避けられず、接続する位置も事前に限定せざるを得ない。
次に、複数種類のヒューズを用意する場合の構成について説明する。
図4に示した構成においては、エンコパ部配索用バックボーン構造体30またはフロア部配索用バックボーン構造体40の電源ライン(配索用導電性部材40a)に設けたヒューズ用バスバー41上に多数の端子42が一定の間隔で並べて配置してある。図4中の各端子42の表示太さの違いは、ヒューズ容量の違いを意味している。つまり、太い線で記載された端子42は遮断する電流値が大きく、細い線で記載された端子42B、42C、42Dは遮断する電流値が小さい。
図4に示した構成において、補機74(1)および74(2)は消費する電流が最も大きいので、配線75(1)、75(2)および接続部43を介して、最も電流値の大きい左側の端子42とそれぞれ接続してある。また、補機74(3)および74(4)は消費する電流が2番目に大きいので、配線75(3)、75(4)および接続部43を介して、電流値が2番目に大きい端子42Bとそれぞれ接続してある。また、補機74(5)〜74(8)は消費する電流が最も小さいので、配線75(5)〜75(8)および接続部43を介して、電流値が最も小さい端子42Dとそれぞれ接続してある。
次に、共通のヒューズを用いる場合の構成について説明する。
図5(A)に示した構成、および図5(B)に示した構成においては、ヒューズ用バスバー41と接続された多数の端子42の全てが、標準化された一定の電流値(この例では5[A])のヒューズを介してそれぞれ接続されている。
また、図5(A)に示した構成においては、接続する4つの補機76(1)、76(2)、76(3)、および76(4)の過電流の値が、それぞれ5[A]、10[A]、15[A]、および20[A]である場合を想定している。
この場合、1番目の補機76(1)は、5[A]の電源電流で遮断すれば良いので、図5(A)に示すように補機76(1)の電源ラインを、配線75を介して多数の端子42のいずれか1つのみと接続する。
一方、2番目の補機76(2)は、10[A]の電源電流で遮断する必要があるので、1つの端子42を使用するだけだと電流が不足する。そこで、図5(A)に示すように補機76(2)の電源ラインと接続した配線75の先端の端子45を、多数の端子42のうち、互いに隣接する2つの端子と共通に接続する。この接続により、補機76(2)の電源ラインに10[A]の電流が流れるまではヒューズが遮断されることはない。
同様に、3番目の補機76(3)は、15[A]の電源電流で遮断する必要があるので、図5(A)に示すように補機76(3)の電源ラインと接続した配線75の先端の端子45を、多数の端子42のうち、互いに隣接する3つの端子と共通に接続する。この接続により、補機76(3)の電源ラインに15[A]の電流が流れるまではヒューズが遮断されることはない。
同様に、4番目の補機76(4)は、20[A]の電源電流で遮断する必要があるので、図5(A)に示すように補機76(4)の電源ラインと接続した配線75の先端の端子45を、多数の端子42のうち、互いに隣接する4つの端子と共通に接続する。この接続により、補機76(4)の電源ラインに20[A]の電流が流れるまではヒューズが遮断されることはない。
なお、例えば10[A]の電源電流で遮断する必要のある補機76(2)の端子45を、多数の端子42のうち、互いに隣接する3つまたはそれ以上の数の端子と共通に接続しても良い。その場合には、切替回路44を用いて一部分の端子の通電を遮断しておくことにより、実際に通電する端子の数を2に制限し、10[A]の電源電流で遮断することができる。この場合、通電していない端子は故障時のバックアップなどの際に切り替えて利用することが考えられる。切替回路44についてはこの後で説明する。
一方、図5(B)に示した構成においては、一方の補機77(1)が、4つの独立した電源ライン77a、77b、77c、および77dを有し、他方の補機77(2)が4つの独立した電源ライン77e、77f、77g、および77hを有している。また、電源ライン77a、77b、77c、77d、77g、および77hは、いずれも過電流の値が5[A]であり、電源ライン77e、および77fはいずれも過電流の値が10[A]である。
したがって、図5(B)に示すように、補機77(1)の電源ライン77a、77b、77c、および77dは、それぞれ1つの端子42と接続してある。また、補機77(2)の電源ライン77e、および77fは、それぞれ2つの端子42と共通に接続し、残りの電源ライン77g、および77hは、それぞれ1つの端子42と接続してある。
次に、各端子とコネクタとの位置関係の具体例を説明する。
ヒューズ用バスバーの各端子の配置状態およびこれと接続する配線のコネクタとの位置関係の例を図6に示す。
図5(A)、図5(B)のように接続する場合には、多数の端子42の形状、寸法、遮断する電流値、その他の仕様を全て共通化することが可能である。したがって、例えばヒューズ用バスバー41等の部品の構成を標準化して様々な車種で共通の部品を使うことが可能になる。しかも、接続する端子の位置を自由に変更することが可能になる。
例えば、図6に示した各配線75のコネクタCN1〜CN5に含まれる各端子は、どの位置の端子42と接続しても同じ動作が可能なので、コネクタCN1〜CN5の各々をヒューズ用バスバー41と接続する際に、接続位置を必要に応じて自由に選択できる。そのため、部品の種類や品番を削減することができる。また、新たな部品を後付けする際に、取り付ける位置を自由に選択できるので取り付けが容易になる。
次に、切替回路44の構成例を説明する。
バックボーン構造体に備わった切替回路44の構成例を図7に示す。この切替回路44は、インパネ部配索用バックボーン構造体20、エンコパ部配索用バックボーン構造体30、およびフロア部配索用バックボーン構造体40の各々に搭載されている。そして、この切替回路44は、例えば図4に示したヒューズ用バスバー41の各端子42、グランドライン47(配索用導電性部材20c、30b、40bに相当)、および通信線等の信号線(配索用導電性部材40d、40e等に相当)と、各補機74の配線75との接続状態を切り替える機能を有している。
図7に示した切替回路44は、2つの補機78(1)および補機78(2)の接続状態を切り替えるために必要な構成要素として、FPGA(field-programmable gate array)デバイス91と、4つの回路モジュール92(1)、92(2)、92(3)、および92(4)とを有している。
図7に示した例では、理解を容易にするために、補機78(1)が2つの端子78a、78bを有し、補機78(2)が2つの端子78c、78dを有する場合を想定しているが、各補機78の端子数は必要に応じて増える。例えば、補機78が電源の端子と、グランドの端子と、2つの通信線の端子とを有する場合には端子の総数は4になる。そして、補機78の端子数が増えた場合には、切替回路44が備える回路モジュール92の数も増える。つまり、補機78の端子毎にそれぞれ独立した回路モジュール92を接続することになる。
あるいは、図5(A)、図5(B)と同様に、補機78の1つの端子にヒューズ用バスバー41の複数の端子42を共通に接続するような場合には、端子42毎に個別に回路の切り替えができるように、端子42毎にそれぞれ独立した回路モジュール92を用意する場合もある。
図7に示した回路モジュール92(1)〜92(4)の各々は、スイッチング用の2つのトランジスタ93、96と、2つのレベルシフト回路94、95とを備えている。例えば、回路モジュール92(1)内のトランジスタ93は、ベース端子がFPGAデバイス91の出力ポート91aと接続され、コレクタ端子が電源ライン97と接続され、エミッタ端子が補機78(1)の端子78aと接続されている。したがって、出力ポート91aの信号レベルを制御して、トランジスタ93のオンオフを制御すれば、端子78aを電源ライン97と接続するか否かを切り替えることができる。
また、回路モジュール92(1)内のトランジスタ96は、ベース端子がFPGAデバイス91の出力ポート91dと接続され、コレクタ端子が補機78(1)の端子78aと接続され、エミッタ端子がグランドライン98と接続されている。したがって、出力ポート91dの信号レベルを制御して、トランジスタ96のオンオフを制御すれば、端子78aをグランドライン98と接続するか否かを切り替えることができる。
また、回路モジュール92(1)内のレベルシフト回路94は、信号入力が補機78(1)の端子78aと接続され、出力がFPGAデバイス91の入出力ポート91bと接続され、制御入力端子がFPGAデバイス91の出力ポート91cと接続されている。したがって、出力ポート91cの信号レベルを制御して、レベルシフト回路94をアクティブな状態に切り替えれば、端子78aの信号をレベルシフトして、入出力ポート91bに印加することができる。
また、回路モジュール92(1)内のレベルシフト回路95は、出力が補機78(1)の端子78aと接続され、信号入力がFPGAデバイス91の入出力ポート91bと接続され、制御入力端子がFPGAデバイス91の出力ポート91cと接続されている。したがって、出力ポート91cの信号レベルを制御して、レベルシフト回路95をアクティブな状態に切り替えれば、入出力ポート91bの信号をレベルシフトして、端子78aに印加することができる。
例えば、補機78(1)の端子78aが電源入力端子である場合には、FPGAデバイス91がトランジスタ96をオフに制御し、レベルシフト回路94および95を遮断し、且つトランジスタ93をオンに制御することで、電源ライン97から端子78aに必要な電源電力を供給することができる。
また、補機78(1)の端子78aがグランド端子である場合には、FPGAデバイス91がトランジスタ93をオフに制御し、レベルシフト回路94および95を遮断し、且つトランジスタ96をオンに制御することで、端子78aをトランジスタ96を介してグランドライン98と接続することができる。
また、補機78(1)の端子78aが双方向の通信端子である場合には、FPGAデバイス91がトランジスタ93および96をオフに制御し、レベルシフト回路94および95をアクティブに切り替えることで、端子78aを通信線として他の通信線と接続することが可能になる。また、この場合は、FPGAデバイス91の内部回路を経由して、例えば補機78(2)の通信線と補機78(1)の通信線とを相互に接続することも可能である。
つまり、FPGAデバイス91が回路モジュール92(1)を適切に制御することで、補機78(1)の端子78aが電源入力端子、グランド端子、通信端子のいずれの場合であっても、必要な接続状態を確保することができる。
回路モジュール92(2)の構成は回路モジュール92(1)と同様であるので、上記と同様に、FPGAデバイス91が回路モジュール92(2)の状態を適切に切り替えることにより、補機78(1)の端子78bが電源入力端子、グランド端子、通信端子のいずれの場合であっても、必要な接続状態を確保することができる。
また、回路モジュール92(3)の構成は回路モジュール92(1)と同様であるので、上記と同様に、FPGAデバイス91が回路モジュール92(3)の状態を適切に切り替えることにより、補機78(2)の端子78cが電源入力端子、グランド端子、通信端子のいずれの場合であっても、必要な接続状態を確保することができる。同様に、FPGAデバイス91が回路モジュール92(4)の状態を適切に切り替えることにより、補機78(2)の端子78dが電源入力端子、グランド端子、通信端子のいずれの場合であっても、必要な接続状態を確保することができる。
FPGAデバイス91の内部構成はプログラマブルであり、必要なときに自由に書き換えることができる。例えば、スマート電源ボックス10内の各電子制御ユニット11〜13の指示により、インパネ部配索用バックボーン構造体20、エンコパ部配索用バックボーン構造体30、またはフロア部配索用バックボーン構造体40上の各切替回路44のFPGAデバイス91のプログラムを書き換えることができる。これにより、補機側の電源入力端子、グランド端子、通信端子等と、バックボーン構造体の各端子との接続位置がずれている場合でも、適切な接続状態に自動的に切り替えることができる。
また、例えば図7に示した補機78(1)の端子78aおよび78bが共通の電源入力端子である場合には、回路モジュール92(1)の電源ライン97と、回路モジュール92(2)の電源ライン97とを互いに異なる隣接する端子42と接続することにより、同時に複数の経路を経由して補機78(1)の端子78a、78bに電源電力を供給することが可能である。つまり、図5(A)または図5(B)に示すように、補機側の1つの端子をヒューズ用バスバー41側の複数の端子42と同時に接続できる。例えば、端子42の1つあたりの電流が5[A]に固定されている場合であっても、2つの端子42と同時に接続することにより、10[A]の電流を流すことが可能になる。
また、接続に使用する各回路モジュール92内のトランジスタ93のオンオフを制御することにより、接続した複数の端子42のうち実際の通電に使用する端子数を制限することもできる。これにより、バックボーン構造体から各補機に供給する電力を制御することが可能になる。例えば、1つの補機の1つの電源入力端子に、3つの回路モジュール92を経由して3つの端子42に物理的に接続している場合には、15[A]の電流を流すことが可能であるが、接続した3つの回路モジュール92のうちの1つのトランジスタ93をオフにすることで、実際に供給する電流を10[A]に制限することができる。
次に、変形例を説明する。
<変形例(1)>
図2に示した構成とは異なる接続形態の変形例(1)のシステムを図8に示す。
図8に示したシステムにおいては、複数の補機101、102、103、104、および105のそれぞれを、図2に示したエリアドライバ52を介さずに、インパネ部配索用バックボーン構造体20上の接続部25に接続してある。つまり、補機101、102、103、104、および105と接続したサブハーネス110の一端が、接続部25でインパネ部配索用バックボーン構造体20と直接接続されている。
例えば、様々な信号を伝送可能な多数の信号線がインパネ部配索用バックボーン構造体20に含まれる場合には、通信などの特別な制御を補機側で行う必要がないので、補機101〜105内の電源ライン、グランドラインだけでなく、センサやスイッチの信号線や、制御信号線をインパネ部配索用バックボーン構造体20と直接接続することができる。
あるいは、補機がエリアドライバのスレーブ制御部と同様に下位制御部として機能する制御部を有している場合にも、インパネ部配索用バックボーン構造体20と直接接続することができる。
<変形例(2)>
図2に示した構成とは異なる接続形態の変形例(2)のシステムを図9に示す。
図9に示したシステムにおいては、図2に示したエリアドライバ52を使うことなく、複数の補機121、122のそれぞれを、インパネ部配索用バックボーン構造体20上の接続部26に接続できるように構成してある。
図9に示すように、補機121、122を接続するためのサブハーネス123の一端に、それぞれスレーブ内蔵コネクタ124および125が設けてある。これらのスレーブ内蔵コネクタ124および125は、インパネ部配索用バックボーン構造体20の接続部26に設けられたコネクタ26a、26bと接続される。
スレーブ内蔵コネクタ124および125の各々の内部には、配下に接続された補機121、122の制御に必要な最小限の制御機能を実現する電子回路が組み込まれている。この電子回路には、上位の電子制御ユニットとの間でデータ通信するための通信回路、上位の電子制御ユニットからの指示に従って負荷の通電のオンオフ等を制御するためのドライバ回路、スイッチやセンサの信号を処理するための信号処理回路などが含まれている。
<変形例(3)>
図1に示したシステムに装備可能な分配器を図10に示す。
図1に示したシステムのインパネ部配索用バックボーン構造体20、エンコパ部配索用バックボーン構造体30、フロア部配索用バックボーン構造体40などの基幹部品を使用する場合には、これらが簡素化された形状であるため、複雑な形状の経路に沿って配索することができない。しかし、実際の車両においては様々な箇所に様々な補機が存在する可能性があるので、配索経路の自由度を高める必要がある。
そこで、図10に示したシステムにおいては、分配器201を用意して、結合部202で分配器201の配線をフロア部配索用バックボーン構造体40と結合している。結合部202については、バックボーン構造体側のバスバーのプレート端子と、分配器201の配線とをスタッドボルトを用いて締結するように構成してある。
図10に示すように、1つの分配器201に複数の補機またはサブハーネスを接続できるように、分配器201には複数の接続口が設けてある。また、図10に示した例では1個の分配器201がフロア部配索用バックボーン構造体40と接続されているが、複数の分配器201が様々な箇所に接続されていても良い。
図1に示したシステムのように、インパネ部配索用バックボーン構造体20、エンコパ部配索用バックボーン構造体30、フロア部配索用バックボーン構造体40のように単純な形状の構造体を組み合わせることにより、全体の構造を簡略化することができる。これにより、製造が容易になり、共通な構成要素の小型化や軽量化も実現する。また、使用する部品の共通化により部品の種類が少なくなり、部品の品番も削減され、製造が容易になり、コストも削減される。
特に、接続する補機毎に供給すべき電源電力が異なる場合であっても、例えば図5(A)、図5(B)に示すように構成し、各補機に接続する端子42の数を手動でまたは自動的に切り替えることで対応できるので、ヒューズ用バスバー41側の端子42の仕様を共通化することができ、部品の品番の削減が容易になる。
また、図6に示すように様々なコネクタCN1〜CN5をヒューズ用バスバー41に接続する場合に、切替回路44を設けることにより、接続位置を自由に変更することが可能になり、端子同士の接続位置がずれても自動的に正しい端子同士が接続されるように自動的に整合させることができる。
また、以上の説明においては、各バックボーン構造体を構成する配索用導電性部材が、グランドラインを有している場合について説明した。しかしながら、グランドラインを別体で作製し組付ける場合や、上記のように車体の一部をグランドとして使用する場合など、他の方法によりグランドを確保できる場合には、各バックボーン構造体はグランドラインを有していなくてもよい。この場合、分岐・接続ボックスや、当該分岐・接続ボックスが有する切替回路44は、グランドラインに関する構成や機能を省略できる。
ここで、上述した本発明に係る車両用回路体の実施形態の特徴をそれぞれ以下[1]〜[6]に簡潔に纏めて列記する。
[1] 車両に配索される車両用回路体であって、
電源ライン及び通信ラインを含む幹線(配索用導電性部材20a〜20e、30a〜30e、40a〜40e)と、
電源ライン及び通信ラインを含む分岐線(21A〜23A)と、
下位制御部(スレーブ制御部51c、52c、53c)を有し、前記分岐線を前記幹線に接続するための分岐部(分岐・接続ボックス21〜23)と、
前記幹線に接続され、前記下位制御部との通信に基づき、前記分岐線に供給すべき電力の分配を制御するとともに、前記下位制御部を制御する上位制御部(電子制御ユニット11〜13)と、
を備えることを特徴とする車両用回路体。
[2] 前記分岐部は、複数の前記分岐線を着脱可能であり、
前記下位制御部は、接続された前記分岐線に接続されている補機および当該補機に供給すべき電力に応じて、前記幹線と前記分岐線の前記通信ラインおよび前記電源ラインの接続を切替える切替回路(44)を有する、
上記[1]に記載の車両用回路体。
[3] 前記下位制御部は、接続された前記分岐線に接続されている補機に供給すべき電力に関する情報を前記上位制御部に送信する、
上記[2]に記載の車両用回路体。
[4] 前記分岐部が、接続された前記分岐線に電力を供給可能な補助電源(バックアップ用バッテリー52b、53b、54b)を有する、
上記[1]乃至[3]のいずれかに記載の車両用回路体。
[5] 前記切替回路(44)は、1つの端子を所定の電源ライン(97)と接続する第1のスイッチ素子(トランジスタ93)と、前記端子をグランドライン(98)と接続する第2スイッチ素子(トランジスタ96)と、前記端子に対する信号の入力または出力を許容する信号入出力素子(レベルシフト回路94、95)と、前記第1のスイッチ素子、前記第2スイッチ素子、および前記信号入出力素子の状態を切り替えるプログラム可能な制御デバイス(FPGAデバイス91)と、を含む、
上記[2]に記載の車両用回路体。
[6] 前記下位制御部は、前記分岐線に接続されている補機に供給すべき電力に応じて、少なくとも前記分岐線の1つの電源端子と接続する前記幹線側の前記電源ラインの接続端子(端子42)数を切り替える、
上記[2]に記載の車両用回路体。
10 スマート電源ボックス
11,12,13 電子制御ユニット
14 DC/DCコンバータ
20 インパネ部配索用バックボーン構造体
20a,20b,20c,20d,20e 配索用導電性部材
21,22,23 分岐・接続ボックス
30 エンコパ部配索用バックボーン構造体
30a,30b,30c,30d,30e 配索用導電性部材
40 フロア部配索用バックボーン構造体
40a,40b,40c,40d,40e 配索用導電性部材
41 ヒューズ用バスバー
42,45 端子
43 接続部
44 切替回路
51,52,53,54,55 エリアドライバ
51a,52a,53a,54a 下流側接続部
52b,53b,54b バックアップ用バッテリー
51c,52c,53c スレーブ制御部
61 オルタネータ
62 スタータ
63 第1バッテリー
64 第2バッテリー
71,72,73,74,76,77,78 補機
71a,72a,73a 負荷
71b,72b,73b スイッチ
71c,72c,73c センサ
75 配線
78a,78b,78c78d 端子
81,82,83 サブハーネス
90,90B リンホース
91 FPGAデバイス
92 回路モジュール
93,96 トランジスタ
94,95 レベルシフト回路
97 電源ライン
98 グランドライン

Claims (6)

  1. 車両に配索される車両用回路体であって、
    電源ライン及び通信ラインを含む幹線と、
    電源ライン及び通信ラインを含む分岐線と、
    下位制御部を有し、前記分岐線を前記幹線に接続するための分岐部と、
    前記幹線に接続され、前記下位制御部との通信に基づき、前記分岐線に供給すべき電力の分配を制御するとともに、前記下位制御部を制御する上位制御部と、
    を備えることを特徴とする車両用回路体。
  2. 前記分岐部は、複数の前記分岐線を着脱可能であり、
    前記下位制御部は、接続された前記分岐線に接続されている補機および当該補機に供給すべき電力に応じて、前記幹線と前記分岐線の前記通信ラインおよび前記電源ラインの接続を切替える切替回路を有する、
    請求項1に記載の車両用回路体。
  3. 前記下位制御部は、接続された前記分岐線に接続されている補機に供給すべき電力に関する情報を前記上位制御部に送信する、
    請求項2に記載の車両用回路体。
  4. 前記分岐部が、接続された前記分岐線に電力を供給可能な補助電源を有する、
    請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車両用回路体。
  5. 前記切替回路は、1つの端子を所定の電源ラインと接続する第1のスイッチ素子と、前記端子をグランドラインと接続する第2スイッチ素子と、前記端子に対する信号の入力または出力を許容する信号入出力素子と、前記第1のスイッチ素子、前記第2スイッチ素子、および前記信号入出力素子の状態を切り替えるプログラム可能な制御デバイスと、を含む、
    請求項2に記載の車両用回路体。
  6. 前記下位制御部は、前記分岐線に接続されている補機に供給すべき電力に応じて、少なくとも前記分岐線の1つの電源端子と接続する前記幹線側の前記電源ラインの接続端子数を切り替える、
    請求項2に記載の車両用回路体。
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