JP2022177986A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化とノイズ耐性の向上とを両立させた電子制御装置を提供する。【解決手段】電子制御装置１００は、外部機器に接続するための複数の外部機器接続用コネクタ４を有する回路基板３と、回路基板を内部に格納する導電性材料で構成された筐体（上部筐体１、下部筐体２）と、を備える。筐体は、複数の外部機器接続用コネクタに対応する開口部１ａを有し、筐体を構成する上部筐体または下部筐体の少なくともいずれか一方は、開口部を複数の外部機器接続用コネクタ毎にそれぞれ仕切るための櫛刃形状部５を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

高度な自動運転において、複雑な運転動作、例えば一般道での急な車両の割り込みに対応するために、多数の外界認識用センサを必要とする。このため、自動運転ＥＣＵ(Electronic Control Unit)は、多数の外界認識用センサから送られてくる大容量の情報を高速に処理し、刻一刻と変化する周囲の環境に運転制御を追従させる必要がある。こうした背景から、外界認識用センサと自動運転ＥＣＵ間の通信においては、従来よりも高周波帯域(ＧＨｚ帯)を使用した通信が複数チャネル必要となっているが、これに伴い、同周波数帯域での外来電磁ノイズ耐性の確保が課題となっている。

本願発明の背景技術として、下記の特許文献１では、複数の外部機器が接続される電子機器の外来ノイズ耐性向上に有効な技術として、ケーブルを貫通させるための開口部を有する筐体と、ブラシ状に構成されて前記開口部を塞ぐ導電性のワイヤを有する電磁波遮断部材を備えることを特徴とする電子機器収納筐体の電磁波シールド構造によって、外来ノイズ耐性を向上させる手段が開示されている。

特開２００８－２８１６０号公報

特許文献１の技術では、電子機器を筐体内に格納している為、あらかじめ電子機器にコネクタを接続しなければならず、電磁波シールド構造を有する電子機器収納筐体を開閉しなければコネクタの挿抜が困難である。また、外来ノイズから電子機器を保護するために、電子機器とは別にシールド用筐体を導入する必要があるため、コストが増加する恐れがある。これを鑑みて、本発明は、低コスト化とノイズ耐性の向上とを両立させた電子制御装置を提供することが目的である。

本発明の電子制御装置は、外部機器に接続するための複数のコネクタを有した回路基板と、前記回路基板を内部に格納する導電性材料で構成された筐体と、を備える電子制御装置であって、前記筐体は、前記コネクタに対応する開口部を有し、前記筐体を構成する第１筐体部品または第２筐体部品の少なくともいずれか一方は、前記開口部を複数の前記コネクタ毎にそれぞれ仕切るための櫛刃形状部を有する。

本発明によれば、低コスト化とノイズ耐性の向上とを両立させた電子制御装置を提供できる。

本発明の電子制御装置の第１の実施形態の外観斜視図 図１に示した電子制御装置のＡ－Ａ’線断面図 図１に示した電子制御装置のＢ－Ｂ’線断面図 本発明の電子制御装置の第２の実施形態 本発明の電子制御装置の第３の実施形態 本発明の電子制御装置の第４の実施形態 本発明の電子制御装置の第５の実施形態におけるＡ－Ａ’断面図 本発明の電子制御装置の第５の実施形態におけるＢ－Ｂ’断面図 ノイズ耐性試験時の本発明の通信エラー発生率低減効果を示すグラフ

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

（本発明の第１の実施形態とそれを備える装置の全体構成）

図１は、本発明の電子制御装置の第１の実施形態の外観斜視図であり、図２は、図１に示した電子制御装置のＡ－Ａ’線断面図である。図３は、図１に示した電子制御装置のＢ－Ｂ’線断面図である。

図１の電子制御装置１００は、上部筐体１と下部筐体２を有する。筐体１および２は、電磁シールド性能確保の観点から、アルミニウム等の金属材料により形成される。また、筐体１および２は、鉄などの板金材、あるいは導電性樹脂材料等のシールド性能を確保可能な非金属材料等により形成されることもでき、これにより低コスト化および軽量化を図ることができる。

筐体１および２内には、複数の外部機器接続用コネクタ４が実装された回路基板３が格納され、筐体１および２の外部機器接続コネクタ４の実装部には開口部１ａが設けられている。筐体１は、開口部１ａをコネクタ４毎にそれぞれ仕切る櫛刃状のシールド構造５（櫛刃形状部）を有している。なお、シールド構造５は、筐体１ではなく筐体２に設けてもよく、また、筐体１および筐体２の両方にシールド構造５を設けて、それぞれのシールド構造５の先端を合わせることで、開口部１ａを形成する構造でもよい。図２の信号配線６は、外部機器接続用コネクタ４とＩＣ７を接続している。

電子制御装置１００を含む車載電子機器は、出荷時にノイズ耐性を保証するため、複数のノイズ耐性試験を行う。この試験の内、継続的な狭帯域のノイズ（電界）を、ケーブルまたは電子機器本体に直接照射し、その際の電子機器の動作状態や通信状態を評価する試験がある。なお、高速伝送のために、ケーブルには同軸ケーブルを採用しており、差動伝送等の伝送方式よりも配線空間・重量削減やスキュー補償（複数の信号間の時間のズレの補償）が不要になる。

いま、電子制御装置１００にノイズを照射すると、主に外部機器接続用コネクタ４が配置されている開口部１ａから筐体内部へノイズが侵入する。次に、筐体内に侵入したノイズは、外部機器接続用コネクタ４、信号配線６、ＩＣ７に直接結合し、各要素にてノイズ電圧を誘起する。このノイズ電圧が、ＩＣ７の許容値を超過することで、信号伝送が阻害される。したがって、筐体の開口部１ａで外来ノイズを低減することが重要である。

開口部１ａでのノイズ低減に有効な手段として、開口部１ａの分割が挙げられる。一般に、同一の総開口面積であれば、多数の開口部１ａに分割することで、シールド効果が高まることが知られており、典型例として、放熱のための換気用の開口部に金属メッシュを付加する事例は、多数の製品で採用されている。

また、従来では、筐体内に侵入するノイズのλ／２、λ／４(λはノイズの波長)と、筐体開口部１ａの長辺および短辺の長さと、が近づくと、開口部１ａでノイズが共振し、新たな放射源となる恐れもある。しかし本実施形態のように、開口部１ａの分割によって、開口部１ａの共振周波数を高周波側にシフトできるため、共振を抑制できる。

また、開口部１ａは、櫛刃形状のシールド構造５により開口面積を縮小し、筐体内へのノイズ侵入量を低減している。こうすることで、低コストにシールド効果を高めることができる。本実施形態によるシールド効果は、図９のグラフに示す。図９は、複数の外部機器接続用コネクタ４が複数配置されている電子制御装置１００を用意し、ノイズ耐性試験（電界照射試験）を実施した。この時の高速通信エラー発生回数を、筐体開口部１ａの分割の有無で比較している。図９に示す通り、本発明により、通信エラー発生回数の低減を実現できている。

以降に説明する第２～第５の実施形態は、第１の実施形態と併用することで、第１の実施形態を単独で使用する場合よりも、開口部１ａのシールド効果を高めることができる。

（第２の実施形態）
図４は図１のＢ－Ｂ’断面において、筐体一体型シールド構造５の一部を変形した第２の実施形態を示している。

本実施形態は、上部筐体１に筐体一体型シールド構造５の一部を曲げた屈曲部８を有している。これにより、上部筐体１と下部筐体２とを組み上げた際に、接続部分についてシールド構造５が下部筐体２に対する板ばねとして機能している。また、上部筐体１が屈曲部８を介して下部筐体２と電気的に接触している。

両者が電気的に接触していない第１の実施形態と比べると約１０％～２０％のシールド性能が向上し、外来電磁ノイズによる通信エラー発生回数の低減が可能である。原理的には、異なる２つの金属間で電位差が生じる場合に金属間に電界（今回の場合はノイズと同意）が存在するが、両金属を電気的に接触させることで同電位となり、電界も存在しない状態となる。この原理から、屈曲部８と下部筐体２を接触させ、櫛歯状シールド構造５を接地させて屈曲部８と下部筐体２を同電位にすることで、開口部１ａのシールド性能の向上を実現し、ノイズ耐性を向上させることができる。

なお、上部筐体１ではなく下部筐体２にシールド構造５を設けた場合も屈曲部８を有することで同様の効果を奏することができる。また、上部筐体１および下部筐体２にシールド構造５を設けた場合もどちらかの筐体のシールド構造５に屈曲部８があることで同様の効果を奏することができる。

（第３の実施形態）
図５は図１のＢ－Ｂ’線断面において、筐体一体型シールド構造５および下部筐体２の一部を変形した第３の実施形態を示している。

本実施形態は、筐体一体型シールド構造５の一部に鈎状部９を形成し、鈎状部９の先端の鈎部分が下部筐体２の鈎状部受け部９ａに引っかかるようにすることを特徴とする。上部筐体１と下部筐体２を組み上げた際に、鈎状部９が鈎状部受け部９aに引っかかり互いに噛み合うことで、上部筐体１と下部筐体２を電気的に接続させることができる。これにより、第２の実施形態と同様に、開口部１ａのシールド性能を向上させる効果がある。

なお、上部筐体１ではなく下部筐体２に鈎状部９を設け、上部筐体１に鈎状部受け部９ａを設けた場合も同様の効果を奏することができる。また、上部筐体１および下部筐体２にシールド構造５を設けた場合も、どちらか一方のシールド構造５の先端を鈎状部９にもう一方の先端を鈎状部受け部９ａとすることで、同様の効果を奏することができる。

（第４の実施形態）
図６は図１のＢ－Ｂ’線断面において、筐体一体型シールド構造５および下部筐体２の一部を変形した第４の実施形態を示している。

図６は、回路基板３がＧＮＤパターン１１を表層および最下層に有することを前提とする実施形態で、筐体一体型シールド構造５の一部の形状を筐体内部方向へ折り返した折り返し部１０が形成される。この折り返し部１０に設けられたねじ穴にねじ１２が挿入されてＧＮＤパターン１１と共に貫通し、ねじ固定部１３に到達することで、筐体１および２と、基板３とがねじ止めされる。これにより、上部筐体１および下部筐体２は、ねじ１２を介してＧＮＤパターン１１に電気的に接続されている。

なお、ねじ切りした穴を有するねじ固定部１３は、シールド性能をさらに高めるためのものであり、これにより、下部筐体２とＧＮＤパターン１１間を接触させているが、下部筐体２の形状を変更することがないもので、例えば、ボルト等の部品による固定で代用してもよい。本実施形態では、ねじ止めによって、上部筐体１とＧＮＤ１１との間を接続して両者を同電位にすることで、シールド性能の向上を実現できる。

（第５の実施形態）
図７は図１のＡ－Ａ’線断面図、図８は図１のＢ－Ｂ’線断面において、下部筐体２の一部を変形した第５の実施形態を示している。

本実施形態は、下部筐体２に筐体突起部１５を設け、ＧＮＤパターン１１または上部筐体１と接続しているが、その間に誘電体材料１４（放熱グリスやＦＩＰＧ（Formed In Place Gasket）等）を挿入することを特徴としている。また、突起部１５が下部筐体２から上部筐体１に向かって突出させていることで、筐体内の分割をしている。

第１の実施形態で説明したように、筐体一体型シールド構造５による筐体開口部１ａの分割に加え、本実施形態のように筐体内でも空間を分割し、かつ下部筐体２と基板ＧＮＤ１１との間の電気的な接続、および下部筐体２と上部筐体１との間を電気的に接続（誘電体材料１４による交流的な接触）させている。こうすることで、上部筐体１と下部筐体２の電位差をなくし（コンデンサと同等の役割）、筐体開口面積縮小によるノイズ耐性向上による開口部１ａのシールド性能の向上を実現できる。

また、第４の実施形態と本実施形態を併用する場合、筐体振動時に屈曲部８と下部筐体２の間の接触点で金属屑が発生する恐れがあるが、金属屑の筐体内への侵入を突起部１５によって抑制する副次的な効果も得られる。

なお、本実施形態では誘電体材料１４により金属同士を電気的に接触させているが、コストや設計制約を勘案し、誘電体材料１４を抜いて金属同士を直接接触させた構成としてもよい。また、図８において、上部筐体１ではなく下部筐体２側に誘電体材料１４を設けるようにしてもよい。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電子制御装置１００は、外部機器に接続するための複数のコネクタ４を有した回路基板３と、回路基板３を内部に格納する導電性材料で構成された筐体と、を備える。筐体は、コネクタ４に対応する開口部１ａを有し、筐体を構成する第１筐体部品１または第２筐体部品２の少なくともいずれか一方は、開口部１ａを複数のコネクタ４毎にそれぞれ仕切るための櫛刃形状部５を有する。このようにしたことで、低コスト化とノイズ耐性の向上とを両立させた電子制御装置１００を提供できる。

（２）第１筐体部品１または第２筐体部品２の一方における櫛刃形状部５は、先端が屈曲しており、第１筐体部品１と第２筐体部品２とは、屈曲部分８を介して電気的に接触する。このようにしたことで、第１筐体部品１と第２筐体部品２とが同電位になり、開口部１ａのシールド性能の向上を実現し、ノイズ耐性を向上させる。

（３）第１筐体部品１または第２筐体部品２の一方における櫛刃形状部５は、その先端に鈎状に形成された鈎状部分９を有し、第１筐体部品１または第２筐体部品２の他方は、鈎状部分９に対応した鈎状受け部９ａを有し、第１筐体部品１と第２筐体部品２とは、鈎状部分９と鈎状部受け部９ａが互いに噛み合うことで電気的に接続される。このようにしたことで、開口部１ａのシールド性能を向上させる。

（４）第１筐体部品１または第２筐体部品２の一方における櫛刃形状部５は、先端が筐体内部方向に折り返された折り返し部１０を有し、折り返し部１０は、ねじ止め固定によって回路基板３上のＧＮＤパターンと接触し、第１筐体部品１と第２筐体部品２とは、ねじ１２を介してＧＮＤパターンと電気的に接続される。このようにしたことで、上部筐体１とＧＮＤ１１との間を接続して両者を同電位にすることで、シールド性能の向上を実現できる。

（５）第１筐体部品１または第２筐体部品２のどちらか一方は、他方の筐体部品に向かって突出させた突起部１５を有し、突起部１５は、回路基板３上のＧＮＤパターンおよび他方の筐体部品と、誘電体１４を間に介して電気的に接続される。このようにしたことで、上部筐体１と下部筐体２の電位差をなくし、筐体開口面積縮小によるノイズ耐性向上による開口部１ａのシールド性能の向上を実現できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

１００…電子制御装置
１…上部筐体
１ａ…開口部
２…下部筐体
３…回路基板
４…外部機器接続用コネクタ
５…筐体一体型シールド構造（櫛刃形状部）
６…信号配線
７…ＩＣ
８…筐体一体型シールド構造の屈曲部
９…筐体一体型シールド構造の鈎状部
９ａ…鈎状部受け部
１０…筐体一体型シールド構造の折り返し部
１１…回路基板上のＧＮＤパターン
１２…ねじ
１３…ねじ固定部
１４…誘電体材料
１５…筐体突起部

Claims (5)

1. 外部機器に接続するための複数のコネクタを有した回路基板と、
   前記回路基板を内部に格納する導電性材料で構成された筐体と、を備える電子制御装置であって、
   前記筐体は、前記コネクタに対応する開口部を有し、
   前記筐体を構成する第１筐体部品または第２筐体部品の少なくともいずれか一方は、前記開口部を複数の前記コネクタ毎にそれぞれ仕切るための櫛刃形状部を有する
   電子制御装置。
2. 請求項１に記載の電子制御装置において、
   前記第１筐体部品または前記第２筐体部品の一方における前記櫛刃形状部は、先端が屈曲しており、
   前記第１筐体部品と前記第２筐体部品とは、前記屈曲部分を介して電気的に接触する
   電子制御装置。
3. 請求項１に記載の電子制御装置において、
   前記第１筐体部品または前記第２筐体部品の一方における前記櫛刃形状部は、その先端に鈎状に形成された鈎状部分を有し、
   前記第１筐体部品または前記第２筐体部品の他方は、前記鈎状部分に対応した鈎状受け部を有し、
   前記第１筐体部品と前記第２筐体部品とは、前記鈎状部分と前記鈎状部受け部が互いに噛み合うことで電気的に接続される
   電子制御装置。
4. 請求項１に記載の電子制御装置において、
   前記第１筐体部品または前記第２筐体部品の一方における前記櫛刃形状部は、先端が前記筐体内部方向に折り返された折り返し部を有し、
   前記折り返し部は、ねじ止め固定によって前記回路基板上のＧＮＤパターンと接触し、
   前記第１筐体部品と前記第２筐体部品とは、前記ねじを介して前記ＧＮＤパターンと電気的に接続される
   電子制御装置。
5. 請求項１に記載の電子制御装置において、
   前記第１筐体部品または前記第２筐体部品のどちらか一方は、他方の筐体部品に向かって突出させた突起部を有し、
   前記突起部は、前記回路基板上のＧＮＤパターンおよび他方の筐体部品と、誘電体を間に介して電気的に接続される
   電子制御装置。

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