JP5841898B2

JP5841898B2 - 車載用電子装置およびそれを搭載した車両

Info

Publication number: JP5841898B2
Application number: JP2012122011A
Authority: JP
Inventors: 正史斉藤
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: WO2013179785A1; CN104349941B; US20150109747A1; US9258934B2; JP2013244928A; CN104349941A; DE112013002746T5

Description

本発明は、車載用電子装置に係り、例えば、樹脂製ケースで覆われた車載用電子装置と、それを搭載した車両に関する。

従来、この種の車載用電子装置およびそれを搭載する車両としては、導電性の筐体と、前記筐体内に収容される制御基板と、前記制御基板に形成される導電パターンと前記筐体との間に所定電圧以上の高電圧が印加されると放電する放電ギャップとを備えるものであり、前記制御基板を覆い、前記導電パターンと電気的に接続された導電板をさらに備え、前記放電ギャップは、前記導電板と前記筐体との間で形成されるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３２９００３号公報

ところで、前記構造の車載用電子装置は、導電性の筐体や導電板が必要となり、樹脂のみで形成されたケース構造と比較し、構成部材が多くなる問題点があった。また、ボディーアースの錆止め塗装により、導電性の筐体とボディーアースの電気的接続が保証されない場合に、放電経路が確保されない可能性があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、樹脂製ケースで覆われた車載用電子装置に対して、静電気に対する耐性を確保することが可能となり、より小型で構成部品数が少なく、かつ安価な車載用電子装置を提供することにある。また、前記の車載用電子装置を搭載した車両を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る車載用電子装置は、樹脂製の筐体と、該筺体に覆われ該筺体内に収容される制御基板と、該制御基板を電力用外部配線と入出力信号用外部配線とに電気的に接続する複数のコネクタ端子と、前記樹脂製の筐体を車両本体に固定する金属製のブラケットと、を備える車載用電子装置であって、前記金属製のブラケットと前記電力用外部配線と接続する前記複数のコネクタ端子の少なくとも１つのコネクタ端子との距離を、前記金属製のブラケットと前記入出力信号用外部配線と接続する前記コネクタ端子との距離より短く設定している。電力用外部配線の一方は車両ＧＮＤもしくは車両バッテリーの負極に接続され、電力用外部配線の他方は車両バッテリーの正極に接続されるものである。

前記のごとく構成された本発明の車載用電子装置は、電力用外部配線に接続されたコネクタ端子と金属製のブラケットとの距離を短く設定しており、必然的に電力用外部配線と金属製のブラケットとの距離が短くなるため、金属製ブラケットに静電気が印加されると、静電気は金属製ブラケットと電力用外部配線との短い距離の放電ギャップ部分で放電し、距離の長い金属製ブラケットと入出力信号用外部配線部分での放電を防止することができ、制御基板に実装された半導体素子等への放電による影響を防ぐことができる。

本発明によれば、制御基板が樹脂製ケースで覆われた車載用電子装置に対して、静電気に対する耐性を確保することが可能となり、より小型でかつ安価な車載用電子装置を提供できる。

本発明に係る車載用電子装置の接続状態を示すブロック図。本発明に係る車載用電子装置の断面図。本発明に係る車載用電子装置の正面図。本発明に係る車載用電子装置の静電気放電経路の一例を示す図。本発明に係る車載用電子装置の静電気放電経路の他の例を示す図。本発明に係る車載用電子装置の静電気放電経路の他の例を示す図。本発明に係る車載用電子装置の静電気放電経路の他の例を示す図。本発明に係る車載用電子装置の金属製ブラケット突起部とハーネスの一例の配置図。本発明に係る車載用電子装置の金属製ブラケット突起部とハーネスの他の例の配置図。本発明に係る車載用電子装置の金属製ブラケット突起部とハーネスの他の例の配置図。本発明に係る車載用電子装置の金属製ブラケット突起部とハーネスの他の例の配置図。本発明に係る車載用電子装置の金属製ブラケット突起部とコネクタの一例の相対位置図。本発明に係る車載用電子装置の金属製ブラケット突起部とコネクタの他の例の相対位置図。本発明に係る車載用電子装置の金属製ブラケット突起部とコネクタの他の例の相対位置図。本発明に係る車載用電子装置の斜視図。

以下、本発明に係る車載用電子装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。先ず図１に示す車両における車載用電子装置の結線図において、車載用電子装置４３は、その機能実現に必要な電力を、車両バッテリー５５から給電される。車載用電子装置４３と車両バッテリー５５はバッテリー用ハーネス２７とＧＮＤ用ハーネス３１によって、それぞれ正極、負極に接続されている。また、車載用電子装置４３は制御対象となる負荷装置４９と負荷接続線４５および負荷接続線４７によって接続されている。負荷装置４９の制御状態はセンサ５３によって検出され、信号用ハーネス２９を介して車載用電子装置４３に伝達される。さらに、車両速度情報などは他電子装置接続線５７を介して他電子装置５９から通知される。

図２の車載用電子装置４３の内部構成図を示す断面図、図３の正面図において、バッテリー用ハーネス２７は電源用コネクタ端子（メス）２３と電気的に接続されており、さらに、電源用コネクタ端子（オス）１５を介して、制御基板７に導通を有する。ＧＮＤ用ハーネス３１はＧＮＤ用コネクタ端子（メス）２４と電気的に接続されており、さらに、ＧＮＤ用コネクタ端子（オス）１６を介して、制御基板７に導通を有する。信号用ハーネス２９は信号用コネクタ端子（メス）１９と電気的に接続されており、さらに、信号用コネクタ端子（オス）１７を介して、制御基板７に導通を有する。制御基板７上には、制御回路が形成されている。制御回路はコンデンサ９、半導体素子１１や受動素子１３により構成される。バッテリー用ハーネス２７及びＧＮＤ用ハーネス３１は、制御基板７に電力を供給する電力用外部配線を構成し、信号用ハーネス２９は、制御基板７に入出力信号を伝達する入出力信号用外部配線を構成する。

制御回路の保持および異物付着保護の目的で樹脂ケース３および樹脂ハウジング５が、制御回路の上下にそれぞれ配置されている。樹脂ケース３および樹脂ハウジング５は、それぞれ、ＰＢＴ（ポリブチレンテレポリフェニレンサルファイドフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの樹脂材料で形成されており、導電性はない。車載用電子装置４３の車両への機械的な取り付けのため、金属製ブラケット１が設けられており、金属製ブラケット１を介して、車載用電子装置４３と車両が機械的に接合されている。ケース材料が絶縁体で有る為、金属製ブラケット１と制御基板７上のＧＮＤパターンは電気的に絶縁されている。

金属製ブラケット１には突出した突起部があり、図１、図３、図４では金属製ブラケット突起部３５として図示している。金属製ブラケット突起部３５とＧＮＤ用ハーネス３１との間には、短い距離の放電ギャップ３３が形成されており、金属製ブラケット１に印加された静電気が放電する場合には、放電ギャップ３３を経由し、ＧＮＤ用ハーネス３１に放電される。ＧＮＤ用ハーネス３１は車両ＧＮＤ６１（車両本体６０）に電気的に接続され接地されているため、静電気印加によって発生する高電圧は制御基板７に伝達する事なく、ＧＮＤ用ハーネス３１を介し車両ＧＮＤ６１へと伝達される。

静電気印加レベルとして、表１に一般的な静電気印加試験の印加箇所および電圧レベルを記載する。コネクタ端子部への印加については、数ＫＶ（符号略）となっており、また、ケース部、ハウジング部への印加は１０数ＫＶ〜２０数ＫＶ（符号略）となっている。静電気の発生要因としては、作業者や運転者が静電気を帯びた状態で機器に触れる事が考えられる。車載用電子装置の通電中に、作業者や運転者が直接触れる事が可能な車載用電子装置の外郭部は、車載用電子装置４３のコネクタ端子部に比べ、より高い電圧が印加される試験となっている。金属製ブラケット突起部が無い場合には、ケース部３、ハウジング部５へ印加された１０数ＫＶ〜２０数ＫＶ（符号略）の印加電圧がコネクタ端子部１７の任意の端子に放電される。仮に信号用端子１７や信号用端子１９、信号用ハーネス２９に放電された場合は、車載用電子装置４３の破壊が懸念される。

図３に示す車載用電子装置４３をコネクタ方向から見た図において、金属製ブラケット１上に形成された金属製ブラケット突起部３５と各ハーネス（ＧＮＤ用ハーネス３１、信号用ハーネス２９、バッテリー用ハーネス２７）との距離を比較すると、金属製ブラケット突起部３５とＧＮＤ用ハーネス３１間距離が、他のハーネスとの距離より短く設定されている。図３において、各ハーネスは各端子に置き換えてもよい。すなわち、図２に示すように、金属製ブラケット１の突起部３５とコネクタ端子２４間の距離は、他のコネクタ端子１９，２３との距離より短く設定されている。

図４〜図７に示す静電気印加箇所および放電経路図において、本願で想定する印加箇所は金属製ブラケット１上の任意の点である。金属製ブラケット１の任意点に印加された静電気３７は金属製ブラケット突起部３５に伝達され、放電ギャップ３３を経由し、より放電距離が短いＧＮＤ用ハーネス３１に放電される。この為、車載用電子装置４３の信号用ハーネス２９や電源用コネクタ端子（メス）２３に放電されることなく、車載用電子装置４３の内部に実装された半導体素子１１への静電気印加時に発生する高電圧および高電流の伝達を防ぐことが可能となる。さらに、図６および図７によれば、コネクタ端子の配列を変更することで、放電先のハーネスをバッテリー用ハーネス２７と設定することも上述の内容と同様の効果を得ることが可能である。

図８に示す金属製ブラケット突起部３５と、ＧＮＤ用ハーネス３１、信号用ハーネス２９、バッテリー用ハーネス２７と接続されるコネクタ端子２４，１９，２３間距離の相対位置関係図では、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の距離関係となっている事がわかる。ここで、Ｌ１、Ｌ２、そしてＬ３はそれぞれ金属製ブラケット突起部３５とＧＮＤ用ハーネス３１間距離、金属製ブラケット突起部３５と信号用ハーネス２９間距離、金属製ブラケット突起部３５とバッテリー用ハーネス２７間距離となっている。この例では、樹脂ケース５や金属製ブラケット１に静電気が帯電していると、距離Ｌ１が最も小さいため、突起部３５とＧＮＤ用ハーネス３１との間の距離Ｌ１の放電ギャップ３３で放電され、信号用ハーネス２９で放電することを防止できる。

図９においては、図８と比較し信号用ハーネス２９の位置が異なる設定となっているが、Ｌ４＜Ｌ５となる位置関係である。ここで、Ｌ４は金属製ブラケット突起部３５とＧＮＤ用ハーネス３１間距離、Ｌ５は金属製ブラケット突起部３５と信号用ハーネス２９との距離である。この例では、樹脂ケース５や金属製ブラケット１に静電気が帯電していると、距離Ｌ４が距離Ｌ５より小さいため、突起部３５とＧＮＤ用ハーネス３１との間の距離Ｌ４の放電ギャップ３３で放電され、信号用ハーネス２９で放電することを防止できる。

図１０においては、図９と比較し金属製ブラケット突起部３５の垂直方向の位置が異なる設定となっているが、Ｌ６＜Ｌ７となる位置関係である。ここで、Ｌ６は金属製ブラケット突起部３５とＧＮＤ用ハーネス３１間距離、Ｌ７は金属製ブラケット突起部３５と信号用ハーネス２９との距離である。この例では、樹脂ケース５や金属製ブラケット１に静電気が帯電していると、距離Ｌ６が距離Ｌ７より小さいため、突起部３５とＧＮＤ用ハーネス３１との間の距離Ｌ６の放電ギャップ３３で放電され、信号用ハーネス２９で放電することを防止できる。

図１１においては、図９と比較し金属製ブラケット突起部３５の水平方向および垂直方向の位置が異なる設定となっているが、Ｌ８＜Ｌ９となる位置関係である。ここで、Ｌ８は金属製ブラケット突起部３５とＧＮＤ用ハーネス３１間距離、Ｌ９は金属製ブラケット突起部３５と信号用ハーネス２９との距離である。この例では、樹脂ケース５や金属製ブラケット１に静電気が帯電していると、距離Ｌ８が距離Ｌ９より小さいため、突起部３５とＧＮＤ用ハーネス３１との間の距離Ｌ８の放電ギャップ３３で放電され、信号用ハーネス２９で放電することを防止できる。

以上より、図８〜図１１において、金属製ブラケット突起部３５の位置が組立誤差等により異なった場合においても、距離関係が上記条件を満たしている範囲において、金属製ブラケット突起部３５からＧＮＤ用ハーネス３１に放電される為、車載用電子装置４３の内部に実装された半導体素子１１への静電気印加時に発生する高電圧および高電流の伝達を防ぐことが可能となる。

図１２〜図１５において、コネクタ端子は水平方向に一列に配列している。この様な場合においても、金属製ブラケット突起部（ＧＮＤ側）３５ａとＧＮＤ用ハーネス３１間距離を金属製ブラケット突起部（ＧＮＤ側）３５ａと信号用ハーネス２９間の距離より短く設定し、放電ギャップ３３を形成することにより、車載用電子装置４３の内部に実装された半導体素子１１への静電気印加時に発生する高電圧および高電流の伝達を防ぐことが可能となる。同様の効果は、金属製ブラケット突起部（バッテリー側）３５ｂとバッテリー用ハーネス２７間距離を金属製ブラケット突起部（バッテリー側）３５ｂと信号用ハーネス２９間の距離より短く設定し、放電ギャップ３３を形成することにより達成可能である。

また、図１５において図示されているように、金属製ブラケット突起部（ＧＮＤ側）３５ａと金属製ブラケット突起部（バッテリー側）３５ｂが金属製ブラケット１の角部に形成され、金属製ブラケット１の強度補強の役割を担うことも可能である。この実施例では、金属製ブラケット突起部３５ａとＧＮＤ用ハーネス３１との距離が短く設定され、放電ギャップ３３が形成され、金属製ブラケット突起部３５ｂとバッテリー用ハーネス２７との距離が短く設定され、放電ギャップ３３が形成され、信号用ハーネス２９との距離が長いため、距離の短い放電ギャップ３３の部位で放電が起こり、信号用ハーネス２９と車両ＧＮＤとの間の放電を確実に防止することができる。

上記記載の金属製ブラケット１については、金属製ブラケット１として独立した構成でもよいが、車両の本体部分で金属製ブラケットと、突起部を形成可能であり、突起部を有する金属製ブラケットが車両本体を兼ねる構成とすることができる。また、車載用電子装置４３の負荷装置４９と車載用電子装置４３を機械的に保持する金属製の構造物としての金属製ブラケットとして、車載用電子装置と一体化された負荷装置のブラケットを兼ねる構成であってもよい。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

本発明の活用例として、この車載用電子装置を鉄道車両に取り付けることができ、他に鉄道以外の車両にも取り付けることによって各種の車両の用途にも適用できる。

１…金属製ブラケット
３…樹脂ケース（樹脂製筐体）
５…樹脂ハウジング
７…制御基板
９…コンデンサ
１１…半導体素子
１３…受動素子
１５…電源用コネクタ端子（オス）
１６…ＧＮＤ用コネクタ端子（オス）
１７…信号用コネクタ端子（オス）
１９…信号用コネクタ端子（メス）
２１…オスコネクタ
２３…電源用コネクタ端子（メス）
２４…ＧＮＤ用コネクタ端子（メス）
２５…メスコネクタ
２７…バッテリー用ハーネス（電力用外部配線）
２９…信号用ハーネス（入出力信号用外部配線）
３１…ＧＮＤ用ハーネス（電力用外部配線）
３３…放電ギャップ
３５，３５ａ，３５ｂ…突起部
３７…静電気
４３…車載用電子装置
４５，４７…負荷接続線
４９…負荷装置
５３…センサ
５５…車両バッテリー
５７…他電子装置接続線
５９…他電子装置
６０…車両本体
６１…車両ＧＮＤ

Claims

樹脂製の筐体と、該筺体に覆われ該筺体内に収容される制御基板と、該制御基板を電力用外部配線と入出力信号用外部配線とに電気的に接続する複数のコネクタ端子と、前記樹脂製の筐体を車両本体に固定する金属製のブラケットと、を備える車載用電子装置であって、
前記金属製のブラケットと前記電力用外部配線と接続する前記複数のコネクタ端子の少なくとも１つのコネクタ端子との距離を、前記金属製のブラケットと前記入出力信号用外部配線と接続する前記コネクタ端子との距離より短く設定したことを特徴とする車載用電子装置。
前記電力用外部配線は、車両ＧＮＤもしくは車両バッテリー（負極）に接続されることを特徴とする請求項１に記載の車載用電子装置。
前記電力用外部配線は、車両バッテリー（正極）に接続されることを特徴とする請求項１に記載の車載用電子装置。
前記金属製のブラケットは、前記車両本体を兼ねる構造であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車載用電子装置。
前記金属製のブラケットは、前記車載用電子装置と一体化された負荷装置のブラケットを兼ねる構造であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車載用電子装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の車載用電子装置を搭載し、前記電力用外部配線を前記車両バッテリーに接続したことを特徴とする車両。