JP6528753B2

JP6528753B2 - 電子制御ユニット

Info

Publication number: JP6528753B2
Application number: JP2016203259A
Authority: JP
Inventors: 裕記若山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2036-10-17
Also published as: CN107960005B; DE102017123719B4; DE102017123719A1; US10624247B2; JP2018067560A; CN107960005A; US20180110160A1

Description

本発明は、複数の層を含む回路基板および回路基板を含む電子制御ユニットに関するものである。

特許文献１には、複数の層を含む回路基板と、その回路基板を保持する金属製の本体と、その回路基板をカバーする樹脂製のカバーとを備えた電子制御ユニットが記載されている。回路基板において、複数の層のうちの樹脂製のカバー側の第１層には、グランドパターンが形成され、その下の第２層には、重要信号パターンとグランドパターンとが形成される。それにより、重要信号パターンが、樹脂製のカバーを透過したノイズから保護される。

特開２０１３−１９７２２３

本発明の課題は、車室内の電磁波と、電子制御ユニットから放出されるノイズとが共振し難くすることである。

課題を解決するための手段および効果

本発明に係る電子制御ユニットの回路基板は、複数の層を含むものであり、複数の層のうちの一部が互いに厚みが異なる複数のグランド層（以下、ＧＮＤ層と称する）とされる。
ＧＮＤ層の厚みが異なると、複数のＧＮＤ層の各々のインピーダンスが異なり、共振周波数が異なる。このことを利用すれば、例えば、電子制御ユニットから放出されるノイズの共振周波数を変えて、車室内の電磁波と共振し難くすることができる。

本電子制御ユニットを概念的に示す一部断面図である。上記電子制御ユニットを構成する回路基板の各層を示す平面図である。上記電子制御ユニットに含まれるスイッチを概念的に示す図である。上記電子制御ユニットから放出されるノイズについて周波数解析を行った際の一例を示す図である。上記電子制御ユニットとしてのＥＭＢＥＣＵの取付け状態を示す図である。上記ＥＭＢＥＣＵの周辺を概念的に示す図である。上記ＥＭＢＥＣＵの記憶部に記憶されたスイッチ制御プログラムを表すフローチャートである。

発明の実施形態

以下、本発明の一実施形態である電子制御ユニットについて図面に基づいて詳細に説明する。

本電子制御ユニットは、図１，２に示すように、複数の層Ａ〜Ｆを含む回路基板８、回路基板８の表面および裏面に装着された複数の電子部品ｓ等を含む。これら複数の層Ａ〜Ｆのうち、第１層Ａ、第３層Ｃ、第４層Ｄ、第６層Ｆは、信号層や電源層等であり、第２層Ｂ、第５層Ｅは、グランド層（以下、ＧＮＤ層と称する）である。信号層は、主として信号の伝達をする信号線の導体パターンがある層であり、電源層は、主として電源を供給するために使用される導体層であり、ＧＮＤ層は、グランド電位にするための大地への接続、電源供給等のために使用される導体層である。これら複数の層Ａ〜Ｆは、それぞれ、絶縁体を介して積層される。また、複数の層Ａ〜Ｆの各々の互いに対応する位置には、それぞれ、複数個ずつの貫通穴ｈが形成されている。さらに、第２層Ｂは第５層Ｅより厚い。

この回路基板８は、樹脂製の本体１０に保持されるとともに、樹脂製のカバー１２によって覆われている。回路基板８が本体１０に保持された状態で、複数のバスバー２０が、第１層Ａ〜第６層Ｆの各々の貫通穴ｈを貫通する。複数のバスバー２０のうち、バスバー２０ａは第２層Ｂと通電可能とされ、バスバー２０ｂは第５層Ｅと通電可能とされている。また、本体１０には、本体側コネクタ１４が設けられ、ワイヤーハーネス１６がハーネス側コネクタ１８を介して接続される。

ワイヤーハーネス１６はシールド線であり、複数の信号線や電源線２２、ドレイン線２４を含み、これらがシールド層２６を介して被複材２８によって覆われている。ドレイン線２４は、図３に示すように、スイッチ３０を介してバスバー２０ａ、ｂに接続され、ＧＮＤ層である第２層Ｂ、第５層Ｅのいずれか一方に選択的に接続される。スイッチ３０は図示する原位置にあるが、スイッチ３０の制御により、ドレイン線２４が、バスバー２０ｂに接続される状態から、バスバー２０ａに接続される状態に切り換えられる。スイッチ３０は、例えば、無接点の半導体スイッチとすることができる。

ドレイン線２４が接続されるＧＮＤ層の厚みが異なる場合には、回路のインピーダンスＺ´の大きさが異なり、共振周波数ｆｃが異なる。インピーダンスＺは、下式で表され、
Ｚ´＝Ｒ＋ｊ（ωＬ−１／ωＣ）
共振周波数ｆｃは、下式で表される。
ｆｃ＝１／｛２π√（ＬＣ）｝
ＧＮＤ層の厚さが大きい場合は小さい場合より、インピーダンスＺ´が小さくなるのが普通である。また、上の２つの式から、インピーダンスＺ´が小さくなると、インダクタンスＬ，キャパシタンスＣが小さくなり、共振周波数ｆｃは大きくなり易いと推測される。

図４には、電子制御ユニットから実際に出されたノイズについて周波数解析を実施した際の一例を示す。実線は、ドレイン線２４が第５層Ｅに接続された場合の一例であり、破線は、ドレイン線２４が第２層Ｂに接続された場合の一例である。図４の実線と破線とから、ドレイン線２４が第２層Ｂに接続された場合には、第５層Ｅに接続された場合より、電子制御ユニットから出されるノイズの共振周波数ｆｃが大きくなることが明らかである。

本電子制御ユニットは、例えば、図５に示すように、車両の複数の車輪のうちの一部に設けられた電動ブレーキ装置３２に設けることができる。電動ブレーキ装置３２は、(i)車輪と一体的に回転可能なディスクロータ３３を跨いた状態で配設されたキャリパ３４と、そのキャリパ３４に保持された電動モータ３６とを備え、その電動モータ３６によって作動させられて、車輪の回転を抑制する電動ブレーキと、(ii)キャリパ３４に保持され、電動モータ３６を制御するＥＭＢ（electro mechanical brake）ＥＣＵ３８とを含み、ＥＭＢＥＣＵ３８に本電子制御ユニットが採用される。
また、ＥＭＢＥＣＵ３８において、例えば、第２層Ｂの厚さを１００μｍ、第５層Ｅの厚さを３０μｍとすることができる。

上述のように、ＥＭＢＥＣＵ３８は、ばね下に設けられるのであるが、図６に示すように、ばね上に取り付けられたＶＳＣ（vehicle stability control）ＥＣＵ４０に上記ワイヤーハーネス１６を介して接続され、ＶＳＣＥＣＵ４０には、車両に設けられた電源としてのバッテリ５０がワイヤーハーネス５２を介して接続される。ＶＳＣＥＣＵ４０は、複数の車輪のうち電動ブレーキ装置３２が設けられていない車輪に設けられた液圧ブレーキの液圧を制御するものであり、アンチロック制御等を実行可能なものである。

ＥＭＢＥＣＵ３８、ＶＳＣＥＣＵ４０は、それぞれ、コンピュータを主体とするコントローラを含み、互いに通信可能とされる。また、ＶＳＣＥＣＵ４０は、ＣＡＮ（Car Area Network）５４を介してナビゲーションＥＣＵ５６に接続され、ナビゲーションＥＣＵ５６にはオーディオユニット５８が互いに通信可能に接続される。オーディオユニット５８において、ラジオが使用された場合に、そのラジオの電波の周波数（以下、ラジオ周波数と称する）が取得される。取得されたラジオ周波数は、ナビゲーションＥＣＵ５６、ＣＡＮ５４、ＶＳＣＥＣＵ４０を介してＥＭＢＥＣＵ３８において取得される。

ＶＳＣＥＣＵ４０は、ばね上に取り付けられるため、ボディを利用してアースをすることができる。また、ＶＳＣＥＣＵ４０は、エンジンコンパートメント、すなわち、閉塞的な場所に設けられるため、ノイズが放出されても、車室内への影響は小さい。それに対して、ＥＭＢＥＣＵ３８はばね下に設けられ、しかも、樹脂製の本体１０、カバー１２によって覆われているため、アースすることが困難である。また、ＥＭＢＥＣＵ３８は、ばね下、すなわち、開放的な場所に設けられるため、放出されたノイズが車室内へ影響する可能性がある。

以上のことから、本実施例においては、ワイヤーハーネス１６のドレイン線２４をＥＭＢＥＣＵ３８が有するグランド層を経てＶＳＣＥＣＵ４０、すなわち、ばね上に戻されるようにするとともに、車室内において使用される電磁波の周波数に基づいて、ＥＭＢＥＣＵ３８から放出されるノイズの共振周波数が変更されるようにした。
例えば、車室内においてラジオが使用される場合の、そのラジオ周波数がＡＭ帯域｛ＭＦ(medium frequency)帯域は３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚであるが、日本において使用される帯域は５３１〜１６０２ｋＨｚである。｝である場合には、ドレイン線２４がバスバー２０ａを介して第２層Ｂに接続され、共振周波数が大きくされる。ラジオ周波数がＦＭ帯域｛ＶＨＦ(very high frequency)帯域は３０ＭＨｚ〜３９９ＭＨｚであるが、日本において使用される帯域は７６．０〜１０７．９ＭＨｚである。｝である場合には、バスバー２０ｂを介して第５層Ｅに接続され、共振周波数が小さくされるのである。

図７のフローチャートで表されるスイッチ制御プログラムは、ＥＭＢＥＣＵ３８の記憶部に記憶されるとともに、ＥＭＢＥＣＵ３８において、予め定められた設定時間毎に実行される。
ステップ１（以下、Ｓ１と略称する。他のステップについても同様とする）において、ラジオ周波数が取得され、Ｓ２において、取得されたラジオ周波数がＦＭ帯域であるか否かが判定される。ＦＭ帯域である場合には、Ｓ３において、スイッチ３０は図示する原位置とされ、ドレイン線２４がバスバー２０ｂに接続される。ＡＭ帯域である場合には、Ｓ４において、スイッチ３０の制御により、ドレイン線２４がバスバー２０ａに接続される状態に切り換えられる。

以上のように、ラジオ周波数の帯域がＦＭ帯域である場合には、ＥＭＢＥＣＵ３８等から出されるノイズの共振周波数ｆｃが小さくされ、ラジオ周波数の帯域がＡＭ帯域である場合には、ＥＭＢＥＣＵ３８等から出されるノイズの共振周波数ｆｃが大きくされる。その結果、回路基板８が、樹脂製の本体１０、カバー１２によって覆われる場合であっても、ラジオの電波とノイズとが共振し難くなるのであり、コストダウンを図りつつ、車室内において、ラジオが聞き難くなることを良好に回避することができる。また、ノイズ対策としてのＥＭＩ(electromagnetic interference)フィルタ素子等も不要となる。
また、本実施例において、ＥＭＣＥＣＵ３８のスイッチ３０および図７のフローチャートで表されるスイッチ制御プログラムを記憶する部分、実行する部分等により切換装置が構成される。

なお、第２層Ｂ，第５層Ｅの厚さを、１００μｍ，３０μｍとすることは不可欠ではなく、例えば、第２層Ｂの厚さは、５０〜１２０μｍの間の値とすることができ、７０〜１００μｍの間の値とすることが望ましい。また、第５層Ｅの厚さは、２０〜７０μｍの間の値とすることができ、３０〜５０μｍの間の値とすることが望ましい。さらに、第２層Ｂと第５層Ｅとの厚みの差は、１０〜３０μｍ程度あることが望ましい。
また、ラジオ周波数に限らず、車室内の電磁波との共振を回避するため、種々の電磁波に対して、同様に共振が抑制されるようにすることができる。
さらに、回路基板８は、３つ以上のグランド層を有するものとすることもできる。
また、本電子制御ユニットは、電動ブレーキ装置に限らず、その他の車載装置にも適用することができる等、本発明は、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。

Ａ〜Ｆ：層８：回路基板１０：本体１２：カバー１６：ワイヤーハーネス２０ａ，ｂ：バスバー２４：ドレイン線３０：スイッチ３８：ＥＭＢＥＣＵ４０：ＶＳＣＥＣＵ

特許請求可能な発明

以下の各項において、本願において特許請求が可能と認識されている発明、あるいは、発明の特徴点について説明する。

（１）複数の層を備えた回路基板であって、
前記複数の層に、互いに厚みが異なる複数のグランド層が含まれることを特徴とする回路基板。

回路基板は、２つ以上の互いに厚みが異なる複数のグランド層を含むものであり、３つ以上のグランド層を含むものとすることもできる。

（２）(1)項に記載の回路基板と、
その回路基板に接続されたワイヤーハーネスに含まれるドレイン線を、車室内の電磁波の周波数に基づいて、前記複数のグランド層のうちの１つに選択的に接続させる切換装置と
を含むことを特徴とする電子制御ユニット。

ドレイン線が接続されるグランド層の厚みが異なると、グランド層を含む回路のインピーダンスが異なり、共振周波数が異なる。そこで、車室内の電磁波の周波数に基づいて決まる厚さのグランド層に、ドレイン線が接続されるようにすれば、電子制御ユニットから放出されるノイズと、車室内に存在する電磁波とが共振し難くすることができる。車室内の電磁波として、例えば、ラジオの電波が該当する。

（３）前記切換装置が、前記ドレイン線を、車室内のラジオの電波の周波数であるラジオ周波数が低い場合は高い場合より、厚いグランド層に接続させる(2)項に記載の電子制御ユニット。

グランド層が厚い場合は薄い場合に比較してインピーダンスが小さくなり、共振周波数が大きくなり易い。そのため、ラジオ周波数が低い場合に、ドレイン線を厚いグランド層に接続させることにより、電子制御ユニットから出力されるノイズの共振周波数を大きくすることができ、ラジオの電波と共振し難くすることができる。

（４）前記回路基板が、前記複数のグランド層として２つのグランド層を備え、
前記切換回路が、前記ドレイン線を、前記ラジオ周波数がＦＭ帯域である場合には、前記２つのグランド層のうちの薄い方に接続させ、前記ラジオ周波数がＡＭ帯域である場合には、前記２つのグランド層のうちの厚い方に接続させるものである(3)項に記載の電子制御ユニット。

（５）前記回路基板が、樹脂製の本体およびカバーによって覆われた(2)項ないし(4)項のいずれか１つに記載の電子制御ユニット。

（６）当該電子制御ユニットが車両の複数の車輪のうちの少なくとも１つのキャリパに取り付けられた(2)項ないし(5)項のいずれか１つに記載の電子制御ユニット。

Claims

互いに厚みが異なる複数のグランド層を含む複数の層を備えた回路基板と、
その回路基板に接続されたドレイン線を、車室内の電磁波の周波数に基づいて、前記複数のグランド層のうちの１つに選択的に接続させる切換装置と
を含むことを特徴とする電子制御ユニット。
前記切換装置が、前記ドレイン線を、前記車室内の前記電磁波としてのラジオの電波の周波数であるラジオ周波数が低い場合は高い場合より厚いグランド層に接続させる請求項１に記載の電子制御ユニット。
前記回路基板が、前記複数のグランド層として２つのグランド層を備え、
前記切換装置が、前記ドレイン線を、前記ラジオ周波数がＦＭ帯域に属する場合には前記２つのグランド層のうちの薄い方に接続させ、前記ラジオ周波数がＡＭ帯域に属する場合には前記２つのグランド層のうちの厚い方に接続させる請求項２に記載の電子制御ユニット。
当該電子制御ユニットが、車両の複数の車輪のうちの少なくとも１つのキャリパに取り付けられた請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電子制御ユニット。