JP5735949B2 - Control device and control system operating based on signal from sensor - Google Patents
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Description
本発明は、センサからの信号を受信して動作する制御装置、及び、当該制御装置を複数用いてそれぞれ異なる制御対象を互いに協調して制御する制御システムに関する。 The present invention relates to a control device that operates by receiving a signal from a sensor, and a control system that uses a plurality of the control devices to control different control targets in cooperation with each other.
制御装置は、一般に、観測可能な物理量を操作量として検出し、当該操作量が目標値と一致するように制御対象に与える制御量を決定する。例えば、ヒータにより水温を制御する場合には、観測可能な物理量である水温を操作量として温度センサ等により検出し、当該水温が目標温度となるように、制御対象であるヒータに与える制御量、例えば当該ヒータへの通電電流値を決定する。従って、操作量を精度良く検出することは、精度のよい制御を行うための必須要件となる。 In general, the control device detects an observable physical quantity as an operation quantity, and determines a control quantity to be given to the controlled object so that the operation quantity matches a target value. For example, when the water temperature is controlled by the heater, the control amount given to the heater to be controlled so that the water temperature, which is an observable physical quantity, is detected by a temperature sensor or the like as the operation amount and the water temperature becomes the target temperature, For example, the energization current value to the heater is determined. Therefore, accurately detecting the operation amount is an essential requirement for performing accurate control.
一般に、センサは、検出した物理量を当該物理量の大きさに応じた電圧値等に変換し、当該物理量を電気信号として制御装置に与える。ここで、当該電気信号の電圧値は、センサが、当該センサに対し与えられているグランド(接地、GND(Ground))電位を基準(0V)とし、このグランド電位に対する差分電圧として生成する。 In general, the sensor converts the detected physical quantity into a voltage value or the like corresponding to the magnitude of the physical quantity, and gives the physical quantity to the control device as an electrical signal. Here, the voltage value of the electric signal is generated as a differential voltage with respect to the ground potential by using the ground (grounding, GND (Ground)) potential given to the sensor as a reference (0V).
一方、制御装置は、センサから受信した電気信号の電圧(信号電圧)を、例えばデジタル値に変換し、当該デジタル値を用いて演算処理を行うことにより、制御量を算出する。通常、この信号電圧は、制御装置を構成する電気回路のグランド(接地、GND)を基準(0V)とし、グランド電位からの差分電圧として扱われる。 On the other hand, the control device calculates the control amount by converting the voltage (signal voltage) of the electrical signal received from the sensor into a digital value, for example, and performing arithmetic processing using the digital value. Normally, this signal voltage is handled as a differential voltage from the ground potential with the ground (ground, GND) of the electric circuit constituting the control device as a reference (0V).
したがって、センサに与えるグランドの電位と制御装置を構成する電気回路のグランドの電位とが異なる場合には、制御装置がセンサから受信する電気信号は、当該センサが検知した物理量を正しく表していないものとなり、制御動作に誤りを生ずることとなる。 Therefore, when the ground potential applied to the sensor and the ground potential of the electric circuit constituting the control device are different, the electrical signal received from the sensor by the control device does not correctly represent the physical quantity detected by the sensor. Thus, an error occurs in the control operation.
このため、一般に、センサと制御回路とは、制御回路からセンサへ当該センサの動作に必要な電源を供給する電源線と、センサが検知した物理量の大きさ等を表わす電気信号を当該センサから制御回路へ送信するための信号線と、上記電源線から供給される電圧レベルの基準となるグランド電位を与えるグランド線と、を含んだワイヤハーネスにより接続される。当該グランド線は、通常、制御装置が備える制御回路内のグランドラインに接続され、上記電源線が供給する電圧のレベルを規定するほか、センサにより上記センサ信号を生成する際の基準電位としても用いられる。 For this reason, in general, a sensor and a control circuit control a power line that supplies power necessary for the operation of the sensor from the control circuit to the sensor, and an electrical signal that represents the magnitude of the physical quantity detected by the sensor. They are connected by a wire harness including a signal line for transmitting to the circuit and a ground line that provides a ground potential serving as a reference for the voltage level supplied from the power supply line. The ground line is usually connected to a ground line in a control circuit provided in the control device, and defines the level of voltage supplied by the power supply line, and is also used as a reference potential when the sensor signal is generated by a sensor. It is done.
しかしながら、多くのセンサを用いて制御を行う場合には、センサ毎に制御装置のグランドラインを接続したのでは、制御装置に接続するワイヤハーネスの芯線数が多くなってコストが増大し、当該ワイヤハーネスを接続するために制御装置に設けるコネクタ(あるいはカプラ)も大きくなって、制御装置のサイズも増大することとなる。 However, when control is performed using many sensors, if the ground line of the control device is connected to each sensor, the number of core wires of the wire harness connected to the control device increases and the cost increases. The connector (or coupler) provided in the control device for connecting the harness is also increased, and the size of the control device is also increased.
このため、例えば自動車のエンジン制御を行う制御装置であるECU(電子制御装置、Electronic Control Unit)では、当該制御のためにエンジン近傍に配置する各種センサのグランドはエンジン筐体に接地し、ECUのグランドはエンジン筐体と電気的に接続された車体に接地することとしている。これにより、これらセンサとECUとの間を接続するワイヤハーネスには各センサへのグランド線を含ませる必要がなくなり、ワイヤハーネスの芯線数を少なく抑えることができる。 For this reason, for example, in an ECU (Electronic Control Unit) that is a control device that performs engine control of an automobile, the grounds of various sensors arranged in the vicinity of the engine for the control are grounded to the engine housing. The ground is to be grounded to the vehicle body that is electrically connected to the engine housing. Thereby, it is not necessary to include the ground wire to each sensor in the wire harness connecting between these sensors and the ECU, and the number of core wires of the wire harness can be reduced.
ところが、エンジン筐体と車体とを介したグランドの接続は雑音の影響を受けやすく、電気信号の正確な送受信という観点から見れば、センサのグランドラインはワイヤ線等によりECUのグランドラインと直接接続されていることが望ましい。さらに、エンジン制御と協調して実行する必要のある制御、例えば、オートマチック車におけるトランスミッション制御、ABS(アンチロック・ブレーキ・システム、Anti-lock Brake System)、VSA(車両挙動安定化制御、Vehicle Stability Assist)、EPS(電動パワーステアリング、Electric Power Steering)等の制御を行う各種のECUのグランドは、各制御の正確な協調動作を確保する上では、エンジン制御を行うECUと同一のグランドに直接接続されていることが望ましい。 However, the connection of the ground via the engine housing and the vehicle body is easily affected by noise, and from the viewpoint of accurate transmission and reception of electrical signals, the sensor ground line is directly connected to the ECU ground line by a wire or the like. It is desirable that Furthermore, control that needs to be performed in cooperation with engine control, for example, transmission control in an automatic vehicle, ABS (Anti-lock Brake System), VSA (Vehicle Stability Control, Vehicle Stability Assist) ), The ground of various ECUs that control EPS (Electric Power Steering), etc., are directly connected to the same ground as the ECU that performs engine control in order to ensure accurate cooperative operation of each control. It is desirable that
一方、制御回路のグランドラインについて見ると、制御対象に大電流が通電されるような場合には、制御回路を構成する回路基板上のグランドパターンといえども微小な電気抵抗を有することから、制御対象からグランドへ還流した大電流により電圧降下が発生してグランドパターン内(あるいはグランドライン内)に電圧分布が生じ、制御回路を構成する電気部品間のグランド電位に変動が生じ得る。 On the other hand, regarding the ground line of the control circuit, when a large current is applied to the controlled object, the ground pattern on the circuit board that constitutes the control circuit has a very small electric resistance. A voltage drop occurs due to a large current flowing back from the object to the ground, a voltage distribution is generated in the ground pattern (or in the ground line), and the ground potential between the electric components constituting the control circuit may vary.
このため、複数のセンサのグランドラインを制御装置のグランドラインに適当に接続するだけでは当該複数のセンサの信号を正しく受信することはできない。同様に、協調動作を行う制御回路のグランドラインを適当につなぎ合わせるだけでは、各制御装置における制御対象の大きなグランド電流の変動により、各制御装置のグランド電位が個別に変動して、協調動作に誤動作を生じる事態が生じ得る。 For this reason, it is not possible to correctly receive the signals of the plurality of sensors simply by properly connecting the ground lines of the plurality of sensors to the ground line of the control device. Similarly, by simply connecting the ground lines of the control circuits that perform the cooperative operation appropriately, the ground potential of each control device varies individually due to the large ground current fluctuation of the control target in each control device, resulting in cooperative operation. A situation that causes a malfunction may occur.
上記の背景から、複数のセンサを接続して制御動作を行う制御装置では、当該複数のセンサと制御装置とを接続するワイヤハーネスの芯線数の増加を抑制しつつ、各センサからの信号を正しく受信して正確な制御動作を行うことのできる制御装置の実現が望まれている。 From the above background, in a control device that performs a control operation by connecting a plurality of sensors, the signal from each sensor is correctly transmitted while suppressing an increase in the number of core wires of the wire harness that connects the plurality of sensors and the control device. Realization of a control device that can receive and perform an accurate control operation is desired.
本発明は、センサからの電気信号に基づいて制御対象を動作させる制御回路を導電性の筐体に収容した制御装置であって、前記制御回路は複数のグランド電流の流出部を有している。また、前記筐体は、前記制御回路からの複数のグランド電流の流出部が個別に電気的に接続され、かつ、当該筐体の所定の位置において直接又は間接に電源のグランドに電気的に接続されるよう構成されている。さらに、前記センサのグランドは、前記筐体の第1の所定箇所にリード線を介して接続され、前記第1の所定箇所は、当該第1の所定箇所及び前記複数の流出部から前記電源のグランドに至るグランド電流の経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値を超える位置より上流に配されている。
また、本発明は、センサからの電気信号に基づいて制御対象を動作させる制御回路を収容する導電性の筐体と、当該筐体を導電性の構造物に固定する導電性の取付具とを備える制御装置であって、前記制御回路は複数のグランド電流の流出部を有している。また、前記筐体は、前記制御回路からの複数のグランド電流の流出部が個別に電気的に接続され、かつ、当該筐体の所定の位置において前記取付具を介して電源のグランドに電気的に接続されるよう構成されている。さらに、前記センサのグランドは、前記取付具の第1の所定箇所にリード線を介して接続され、前記第1の所定箇所は、当該第1の所定箇所及び前記複数の流出部から前記電源のグランドに至るグランド電流の経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値を超える位置より上流に配されている。
本発明の他の態様によると、前記制御対象のグランドは、前記筐体の第2の所定箇所にリード線を介して接続され、前記第2の所定箇所は、当該第2の所定箇所及び前記複数の流出部から前記電源のグランドに至るグランド電流の経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値となる位置より下流又は最も下流に配されている。
本発明の他の態様によると、前記制御対象のグランドは、前記取付具の第2の所定箇所にリード線を介して接続され、前記第2の所定箇所は、当該第2の所定箇所及び前記複数の流出部から前記電源のグランドに至るグランド電流の経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値となる位置より下流又は最も下流に配されている。
本発明の他の態様は、上述した制御装置を複数用いて構成される制御システムであって、前記複数の制御装置は、前記センサのグランドが接続された前記筐体の第1の所定箇所が互いに電気的に接続されている。
本発明の他の態様によると、前記制御システムを構成する前記複数の制御装置は、前記センサのグランドが接続された前記筐体の第1の所定箇所が互いに電気的に接続され、かつ、前記制御対象のグランドが接続された前記筐体の第2の箇所が互いに電気的に接続されている。
本発明の他の態様によると、前記制御システムを構成する前記制御装置は、互いに協調して動作する制御対象をそれぞれ制御するものである。
本発明の他の態様によると、前記制御装置は、車両に搭載され当該車両の動作を制御するものである。
本発明の他の態様によると、前記制御システムは、車両に搭載され当該車両の動作を制御するものである。
The present invention is a control device in which a control circuit that operates a control target based on an electrical signal from a sensor is housed in a conductive casing, and the control circuit has a plurality of ground current outflow portions. . The casing is electrically connected to a plurality of ground current outflow portions individually from the control circuit, and is directly or indirectly electrically connected to a power source ground at a predetermined position of the casing. It is configured to be. Furthermore, the ground of the sensor is connected to a first predetermined portion of the housing via a lead wire, and the first predetermined portion is connected to the power source from the first predetermined portion and the plurality of outflow portions. Along the ground current path to the ground, the ground current is arranged upstream from a position where the sum of the ground currents exceeds a predetermined value.
The present invention also includes a conductive casing that houses a control circuit that operates a control target based on an electrical signal from a sensor, and a conductive fixture that fixes the casing to a conductive structure. The control circuit includes a plurality of ground current outflow portions. The casing is electrically connected to a plurality of ground current outflow portions individually from the control circuit, and is electrically connected to a ground of a power source via the fixture at a predetermined position of the casing. Configured to be connected to. Furthermore, the ground of the sensor is connected to a first predetermined location of the fixture via a lead wire, and the first predetermined location is connected to the power source from the first predetermined location and the plurality of outflow portions. Along the ground current path to the ground, the ground current is arranged upstream from a position where the sum of the ground currents exceeds a predetermined value.
According to another aspect of the present invention, the ground to be controlled is connected to a second predetermined portion of the casing via a lead wire, and the second predetermined portion includes the second predetermined portion and the second predetermined portion. Along the ground current path from the plurality of outflow portions to the ground of the power source, the ground current is disposed downstream or most downstream from the position where the total sum of the ground currents is a predetermined value.
According to another aspect of the present invention, the ground to be controlled is connected to a second predetermined portion of the fixture via a lead wire, and the second predetermined portion includes the second predetermined portion and the second predetermined portion. Along the ground current path from the plurality of outflow portions to the ground of the power source, the ground current is disposed downstream or most downstream from the position where the total sum of the ground currents is a predetermined value.
Another aspect of the present invention is a control system configured using a plurality of the control devices described above, wherein the plurality of control devices include a first predetermined portion of the casing to which a ground of the sensor is connected. They are electrically connected to each other.
According to another aspect of the present invention, in the plurality of control devices constituting the control system, first predetermined portions of the casing to which a ground of the sensor is connected are electrically connected to each other, and Second portions of the casing to which the ground to be controlled is connected are electrically connected to each other.
According to another aspect of the present invention, the control devices constituting the control system respectively control controlled objects that operate in cooperation with each other.
According to another aspect of the present invention, the control device is mounted on a vehicle and controls the operation of the vehicle.
According to another aspect of the present invention, the control system is mounted on a vehicle and controls the operation of the vehicle.
本発明によれば、複数のセンサを接続して制御動作を行う制御装置において、当該複数のセンサと制御装置とを接続するワイヤハーネスの芯線数の増加を抑制しつつ、各センサからの信号を正しく受信して正確な制御動作を行うことができる。 According to the present invention, in a control device that performs a control operation by connecting a plurality of sensors, a signal from each sensor is transmitted while suppressing an increase in the number of core wires of the wire harness that connects the plurality of sensors and the control device. It is possible to correctly receive and perform an accurate control operation.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、本発明に従う制御装置の例として、車両に搭載され当該車両の動作を制御する制御装置を示しているが、本発明に係る制御装置は本用途に限られるものではなく、車両以外の他の機械、機器等の制御にも適用できることは言うまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, as an example of a control device according to the present invention, a control device mounted on a vehicle and controlling the operation of the vehicle is shown, but the control device according to the present invention is not limited to this application. Needless to say, the present invention can also be applied to the control of machines and devices other than vehicles.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に従う制御装置の構成を示す図である。
本制御装置10は、車両に搭載され当該車両のエンジン制御を行う電子制御ユニット(ECU、Electronic Control Unit)であり、制御回路を構成する電子部品が搭載された印刷回路基板である回路基板100と、回路基板100に配されたコネクタ102と、回路基板100及びコネクタ102を収容する筐体104と、を有している。なお、回路基板100は筐体104に収容されているため、筐体104の外部から回路基板100を視認することはできないが、図1においては、説明のため、筐体104の内部に主要されている部分についても実線を用いて示している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a control device according to the first embodiment of the present invention.
The
筐体104は、その外側面にフランジ106a及び106bが設けられており、これらのフランジ106a、106bは、ネジ等(不図示)を用いて取付用ステー108に取り付けられる。取付用ステー108は、筐体104を車体110に取り付けるための取付具であって、当該取付用ステー108の所定位置において、ネジ等により車体110に機械的に固定される。ここで、フランジ106a、106b、及び取付用ステー108は金属(例えばアルミニウム)等の導電性材料により構成されており、車体110も金属により構成されている。したがって、筐体104は、車体110に対し、フランジ106a、106b、及び取付用ステー108を介して機械的に固定されると同時に、電気的にも接続される。
The
回路基板100上には、プリアンプ112と、処理回路114と、電源回路116と、駆動回路118が配され、回路基板100上に形成された銅箔等の電気回路パターンにより互いに電気的に接続されて制御回路を構成している。なお、図1において回路基板100上に示した、プリアンプ112、処理回路114、電源回路116、駆動回路118等を結ぶ線分は、回路基板100上に形成された電気回路パターンを模式的に示したものであり、当該線分の交差部に示された黒丸は、当該交差部において電気回路パターンが互いに電気的に接続されていることを示している。また、黒丸が示されていない線分の交差部は、当該交差部を構成する電気回路パターンが電気的に接続されていないことを示しており、例えば、当該交差部では、一方の電気回路パターンが、回路基板100に設けられたビアホール等を介して回路基板100の裏面に逃げることで、電気的接続が回避される。
On the
プリアンプ112は、センサ120a〜cからのセンサ信号を個別に増幅して処理回路114に出力するフロントエンド回路であり、例えば、入力インピーダンスが高く低雑音の差動増幅器やフィルタ回路により構成される。
The
処理回路114は、プリアンプ112から受信したセンサ信号に基づいて制御対象122を制御するための制御量を算出する回路であり、例えば、CPU、AD変換器(アナログ・デジタル変換器、Analog-to-Digital Converter)、AND回路やOR回路等の論理回路デバイス、PLD(Programmable Logic Device)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のデジタル回路により構成される。
The
ここで、センサ120a〜cは、制御対象122を制御するための操作量を検出するセンサであって、たとえば、速度センサ、加速度センサ、エンジンの回転センサ等である。また、制御対象122は、例えば、車両の走行等に影響を与えるブレーキ、エンジンスロットル、燃料供給配管に設けられた電磁弁等を動作させる各種のアクチュエータとすることができる。
Here, the
電源回路116は、例えばレギュレータであり、車載発電機ACG(オルタネータ、Alternating Current Generator)124から供給された電圧を所定の電圧値に変換して、プリアンプ112、処理回路114、及びセンサ120a〜cに電力を供給する。ここで、ACG124は、エンジンの回転運動により発電する発電機により構成されており、ACG124のグランド端子は車体110に接続されている。
The
駆動回路118は、例えばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等のトランジスタを用いた電力増幅回路により構成され、ACG124からの電源供給を受けて動作し、処理回路114から受信した制御量に基づき、制御対象122に与えるべき電流又は電圧値を決定して、当該決定した電流又は電圧値を持つ出力を制御対象122に出力する。
The
コネクタ102は、車両内の各電気機器を接続するワイヤーハーネス(不図示)を構成する2つのケーブル126及び128、並びに、ACG124から電源を供給するためのワイヤ線130が接続され、これらのケーブル126、128、及びワイヤ線130を回路基板100上の電気回路に電気的に接続する。
The
ケーブル126は、電源回路116の出力電圧をセンサ120a〜cに供給する電源線132と、センサ120a〜cが検知した操作量を表わす電気信号であるセンサ信号を伝送する信号線134a〜cと、を有している。
The
ケーブル128は、駆動回路118の出力を制御対象122に供給するための駆動電力線136と、制御対象122のグランド端子に接続されたグランド線138と、を有している。
The
回路基板100の外周部の一部、本実施形態では、図1における回路基板100の図示右側の辺に、それぞれが矩形状のパターンとして構成された信号用グランド(SG、Signal Ground)140と、論理回路用グランド(LG、Logic Ground)142と、電力用グランド(PG、Power Ground)144と、が設けられている。
A signal ground (SG, Signal Ground) 140 each configured as a rectangular pattern on a part of the outer periphery of the
SG140は、回路基板100上に形成された配線ライン150を介して、プリアンプ112のグランドが接続されており、信号線134a〜cにより伝送されたセンサ信号の電圧レベルを判断する際の基準を与える。
The
LG142は、回路基板100上に形成された配線ライン152を介して処理回路114のグランドに接続されており、処理回路114の内部動作及び出力信号に用いられるパルス信号の電圧レベル、すなわち当該パルス信号の論理値を規定する基準を与える。また、LG142には、回路基板100上に形成された配線ライン154を介して電源回路116のグランド端子も接続されている。
The
PG144は、回路基板100上に形成された配線ライン156を介して、ケーブル128内のグランド線138が接続されており、制御対象122からグランドへ還流する電流の復路を構成する。また、PG144には、配線ライン156を介して駆動回路118のグランドも接続されている。
The
なお、回路基板100上の電気回路は、図1に示す例では三つのセンサ120a〜cと一つの制御対象122を扱うものとして記載されているが、センサ及び制御対象の数は、制御回路に用いる電気部品の能力等が許容する限りにおいて、これと異なる数とすることができる。なお、複数の制御対象を制御する場合には、各制御対象のグランドラインは、例えばPG144にまとめて接続される。
In the example shown in FIG. 1, the electric circuit on the
回路基板100の裏面の、SG140、LG142、及びPG144に対向する領域には、SG140、LG142、及びPG144と同形状を持つ回路パターン(裏面パターン)がそれぞれ設けられ(不図示)、それぞれビアホール等を介してSG140、LG142、及びPG144と電気的に接続されている。回路基板100及び筐体104は、回路基板100がネジ等により筐体104に機械的に固定されたときに上記裏面パターンが筐体104に接触するよう構成されており、これにより、SG140、LG142、及びPG144は、筐体104に対しそれぞれ電気的に直接接続される。なお、SG140、LG142、PG144と筐体104との電気的接続は、上記のように裏面パターンと筐体104との接触による方法に限らず、例えば、各グランドパターン(すなわち、SG140、LG142、及びPG144)と筐体との間に、それぞれ個別の導体を半田付けすることにより行うこともできる。
A circuit pattern (back surface pattern) having the same shape as
筐体104のSG140の近傍には、筐体104の外側面にセンサ用グランド端子158が設けられており、センサ120a〜cのグランドがワイヤ線160を介して接続されている。なお、図1では、1本のワイヤ線160により3つのセンサ120a〜cのグランドがセンサ用グランド端子158に接続されているが、これに限らず、3つのセンサ120a〜cのグランドをそれぞれ個別のワイヤ線によりセンサ用グランド端子158に接続するものとしてもよい。
Near the
これにより、ACG124から回路基板100に供給された電流は、センサ120a〜c、制御対象122、および処理回路114等を含む電気回路部品を通過した後、センサ用グランド端子158、SG140、LG142、又はPG144を通過し、筐体104、取付用ステー108、及び車体110を経て、ACG124のグランド端子へ戻り、電流の循環経路が構成される。なお、以下では、プリアンプ112、処理回路114、電源回路116、駆動回路118、センサ120a〜c、制御対象122等の回路負荷からACG124のグランド端子へ向かって流れる電流を、グランド電流とも称するものとする。
Thereby, the current supplied from the
一般に、センサ120a〜cからのグランド電流は数μA〜数mA程度、プリアンプ112からのグランド電流は数mAから数十mA程度、処理回路114からのグランド電流は数百mAから数A程度であるのに対し、アクチュエータ等の制御対象122からのグランド電流は、さらに大きい数十Aから数百Aに達する。このため、筐体104、取付用ステー108、及び車体110は、金属等の導電性材料で構成されているといえども、数十Aから数百Aにも及ぶ制御対象122からのグランド電流が通過することにより、無視し得ない電圧降下を発生させる。
In general, the ground current from the
本実施形態における制御装置10は、上述のとおり、グランド電流の最も少ないセンサ120a〜cのグランドをセンサ用グランド端子158にまとめて接続し、次にグランド電流の少ないプリアンプ112のグランド及び処理回路114のグランドをSG140及びLG142にそれぞれまとめて接続し、最もグランド電流の大きい制御対象122及び駆動回路118のグランドをPG144にまとめて接続する構成となっている。
As described above, the
したがって、センサ用グランド端子158、SG140、LG142、及びPG144から筐体104へ流れ出るグランド電流(流出電流)の大きさは、センサ用グランド端子158が最も小さく数μAから数mA程度であり、SG140及びLG142が次に小さく数mAから数十mA程度及び数百mAから数Aであり、PG144が最も大きく数十Aから数百Aとなる。
Therefore, the magnitude of the ground current (outflow current) flowing out from the
また、本実施形態に係る制御装置10は、特に、センサ用グランド端子158、SG140、LG142、及びPG144が、それぞれ流出電流の少ない順に、筐体104と取付用ステー108と車体110とを介してACG124へ至るグランド電流の電流経路に沿って上流から下流側へ向かって個別に配置されている。
In addition, the
このため、回路基板100においては、PG144から流れ出す大きなグランド電流により、筐体104と取付用ステー108と車体110とを介してACG124へ至る電流経路に電圧効果が生じてPG144の電位が上がったとしても、これと同じだけセンサ用グランド端子158、SG140及びLG142の電位も上昇することとなり、センサ用グランド端子158、SG140、LG142、及びPG144の電位変化は時間的に同位相で変化することとなる。
Therefore, in the
次に、図2及び図3を用いて上記の作用について説明する。
図2は、図1に示す制御装置10における、センサ用グランド端子158及び各グランドパターンSG140、LG142、PG144から流れ出すグランド電流の電流経路を示した図である。
Next, the above operation will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram showing a current path of a ground current flowing out from the
センサ用グランド端子158及びSG140から筐体104へ向かって流れ出た電流は合流し、図示の黒い太線矢印で示すように筐体104から取付用ステー108に流れ出て図示下方へ流れ、車体110へ流れてACG124のグランド端子に流入する。
The currents flowing out from the
SG140の次に流出電流の少ないLG142は、図2に示すSG140の位置S1からACG124に至るグランド電流の電流経路(グランド電流経路)に沿ってSG140よりも下流の位置L1に配置されており、LG142から筐体104を介して取付用ステー108へ流れ出たグランド電流は、センサ用グランド端子158及びSG140からのグランド電流と合流し、太線矢印に沿って図示下方へ流れる。
The
また、流出電流の最も大きいPG144は、グランド電流経路に沿ってLG142よりもさらに下流の位置P1に配置されており、PG144から筐体104を介して取付用ステー108へ流れ出たグランド電流は、センサ用グランド端子158、SG140、及びLG142からのグランド電流と合流し、太線矢印に沿って図示下方及び左方へ流れ、車体110を介してACG124のグランド端子へ至る。
The
このように、センサ用グランド端子158、SG140、LG142、PG144は、流出電流の少ない順に、筐体104及び車体110を介してACG124のグランド端子に至るグランド電流経路に沿って上流から下流に向かって配置されている。
As described above, the
また、PG144から流れ出る数十Aから数百Aに及ぶ大きなグランド電流は、PG144が配されている位置P1とACG124のグランド端子とを電気的に結ぶ筐体104、取付用ステー108、及び車体110の部分にのみ流れ、この部分においてのみ無視し得ない電圧降下を発生させる。
In addition, a large ground current flowing from several tens of A to several hundreds of A flowing out of
図3は、図1に示す制御装置10の等価回路を示す電気回路図である。
電池300はACG124を模式的に電池として示したものであり、ブロック302は電気部品としてのセンサ120a〜cを、ブロック304はプリアンプ112を、ブロック306は処理回路114及び電源回路116を、ブロック308は駆動回路118と制御対象122を、それぞれ表わしている。また、ブロック310、312、314、及び316は、それぞれ、センサ用グランド端子158、SG140、LG142、PG144を表わしている。
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing an equivalent circuit of the
The
また、抵抗318は、センサ用グランド端子158からのグランド電流がSG140からのグランド電流に合流するまでの区間の筐体104の電気抵抗を表し、抵抗320は、図2における位置S1から位置L1までの区間の取付用ステー108の電気抵抗を表わし、抵抗322は、位置L1から位置P1までの区間の取付用ステー108の電気抵抗を表わす。さらに、抵抗324は、位置P1からACG124に至るまでの電流経路における取付用ステー108及び車体110の電気抵抗を表わしている。
Further, the
なお、位置S1、L1及びP1においてそれぞれセンサ用グランド端子158、SG140、LG142、及びPG144から流れ出たグランド電流が筐体104を横切る区間の電気抵抗は、当該区間の距離が短く無視できるため、抵抗320、322、324に含めないこととしている。
Note that the electrical resistance in the section where the ground current flowing out from the
図3において、流出電流が最も少ないブロック302(センサ120a〜c)が接続されたブロック310(センサ用グランド端子158)からの電流のみが通電される抵抗318における電圧降下、流出電流が次に少ないブロック312(SG140)からの電流が合流して通電される抵抗320における電圧降下、及び、流出電流が次に少ないブロック314(LG142)からの電流が合流して通電される抵抗322における電圧降下は、上述したとおりセンサ用グランド端子158からの流出電流が数μAから数mA程度、SG140からの流出電流が数mAから数十mA程度、LG142からの流出電流が数百mAから数A程度であることから、ほとんど無視することができ、約0Vとみなすことができる。
In FIG. 3, the voltage drop and the outflow current in the
これに対し、ブロック308(PG144)からの流出電流が合流して通電される抵抗324における電圧降下Vdは、PG144の流出電流がLG142等の流出電流より数桁程度大きい(数十Aから数百A)ことから、無視し得ない値となる。 In contrast, the voltage drop V d across resistor 324 current flowing out of the block 308 (PG144) is energized joins, several from the outflow current number orders of magnitude larger than the current flowing out of such LG142 (several tens A of PG144 Therefore, the value cannot be ignored.
しかしながら、そのような無視し得ない電圧降下Vdが生じたとしても、抵抗318〜322における電圧降下はほぼ0Vであるため、センサ用グランド端子158、SG140、LG142、及びPG144はほぼ同電位となる。その結果、Vdの発生あるいは変動に起因する制御動作の異常の発生あるいは制御誤差の発生は回避される。
However, even if such a non-negligible voltage drop V d occurs, the voltage drop across the
このように、本実施形態に係る制御装置10では、センサ120a〜cのグランドが、ワイヤハーネスを介することなく、筐体104から流れ出てACG124のグランド端子に至るグランド電流の電流経路に沿って最も上流に配置されたセンサ用グランド端子158に接続されている。
As described above, in the
このため、本制御装置10は、センサ120a〜cのグランド電位と回路基板100上の各電気回路部品のグランド電位とを同じにして制御動作の異常や制御誤差の発生を回避しつつ、ワイヤハーネスを構成するケーブル126の芯線数を減らしてコストを低減することができると共に、ケーブル126の芯線数が少なくなる分、コネクタ102の小型化も可能となり、当該制御装置10すなわちECUのサイズを小型化することができる。
For this reason, the
なお、本実施形態では、センサ用グランド端子158は、SG140の近傍であって、筐体104及びセンサ用グランド端子158から流れ出るグランド電流の電流経路の最も上流の位置に配置されるものとしたが、センサ用グランド端子158の位置は、これに限らず、グランド電流の電流経路のうち、グランド電流の合流と共に当該電流経路を流れるグランド電流の総量が増加して無視し得ない電圧降下を生じ始める部分よりも上流に配されている限り、上記と同様の作用及び効果を奏することができる。すなわち、センサ用グランド端子158を配置すべき筐体104における所定の位置は、グランド電流の経路に沿って、グランド電流の総和が所定の値を超える位置よりも上流の位置とすることができる。なお、当該「所定の値」とは、上述の説明から明らかなように、グランド電流経路において無視し得ない所定の電圧降下を生じさせる電流値をいう。
In the present embodiment, the
さらに制御装置10の変形例として、筐体104を構造物たる車体110に固定するための取付具である取付用ステー108が、制御装置10の構成要素として含まれるものとし、センサ用グランド端子158を、筐体104の外側部ではなく、取付用ステー108に設けるものとすることができる。この場合、センサ用グランド端子158を配すべき位置は、上記と同様に、グランド電流経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値を超える位置より上流の位置となる。
Further, as a modification of the
図4は、制御装置10の上記変形例の構成の一例を示す図である。図4に示す制御装置40は、取付用ステー108を構成要素として含み、図1におけるセンサ用グランド端子158に代わって、取付用ステー108に設けられたセンサ用グランド端子458を含む。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of the modified example of the
図4に示した黒い太線矢印はグランド電流経路である。センサ用グランド端子458は、PG144からの大きなグランド電流の合流部よりも上流にあり、したがって、当該PG144からの大きなグランド電流によりグランド電流経路に電圧降下が発生しても、センサ用グランド端子458と、SG140、LG142、PG144との間で電位差は生じない。したがって、図1に示す制御装置10と同様の作用及び効果を発揮することができる。
The thick black arrow shown in FIG. 4 is the ground current path. The
[第2実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態に係る制御装置について説明する。本実施形態に係る制御装置は、複数のセンサからのセンサ信号に基づいて複数の制御対象を制御するものであり、筐体外部に、センサ用グランド端子のほか、制御対象のグランドを接続するための制御対象用グランド端子が設けられている。
[Second Embodiment]
Next, a control device according to a second embodiment of the present invention will be described. The control device according to the present embodiment controls a plurality of controlled objects based on sensor signals from a plurality of sensors, and connects a ground to be controlled in addition to a sensor ground terminal to the outside of the housing. The control target ground terminal is provided.
本実施形態によれば、第1の実施形態に係る制御装置の作用及び効果に加えて、ワイヤハーネスを構成するケーブルに制御対象のグランドを回路基板のグランドに接続するグランド線を含ませる必要がなくなり、ワイヤハーネスのコストを低減することができると共に、コネクタ及び制御装置の更なる小型化を図ることができる。 According to this embodiment, in addition to the operation and effect of the control device according to the first embodiment, it is necessary to include a ground line for connecting the ground to be controlled to the ground of the circuit board in the cable constituting the wire harness. Thus, the cost of the wire harness can be reduced, and the connector and the control device can be further downsized.
図5は、第2の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。なお、本実施形態において、第1の実施形態に係る制御装置10(図1)と同じ構成要素については、制御装置10において用いた符号と同一の符号を用いるものとする。また、本実施形態において、制御装置10において用いた符号と同一の符号により示される構成要素については、上述の制御装置10についての説明を援用する。
本制御装置50は、回路基板500と筐体104とコネクタ502により構成される。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a control device according to the second embodiment. In the present embodiment, the same reference numerals as those used in the
The
回路基板500は、図1と同様の構成を有するが、制御対象522a〜cを制御するための電力線536a〜cを有するケーブル528と、ケーブル528が接続されるコネクタ502を有し、これらを介して駆動回路518が複数の制御対象522a〜cを制御する。また、筐体104の外側部(図示下側)には、制御対象用グランド端子564が設けられており、制御対象522a〜cのグランドが、ワイヤ線566を介して接続されている。
The
図5には、ACG124のグランド端子に向かって流れるグランド電流の経路(グランド電流経路)が黒い太線矢印で示されている。
制御対象用グランド端子564は、センサ用グランド端子158、SG140,LG142、PG144に対し、上記グランド電流経路に沿って最も下流に配されている。より正確には、制御対象用グランド端子564は、当該端子から流れ出たグランド電流が、センサ用グランド端子158、SG140,LG142、PG144からのグランド電流よりも下流においてグランド電流経路に合流するよう配されている。
In FIG. 5, the path of the ground current flowing toward the ground terminal of the ACG 124 (ground current path) is indicated by a thick black arrow.
The control
このため、制御対象用グランド端子564から流れ出た制御対象522a〜cのグランド電流により上記グランド電流経路において電圧降下が生じても、制御対象用グランド端子564、PG144、LG142、SG140、及びセンサ用グランド端子158は、ほぼ同電位となり、当該電圧降下に起因する制御動作の異常や制御誤差は防止される。
Therefore, even if a voltage drop occurs in the ground current path due to the ground current of the controlled
なお、図5に示す例では、制御対象用グランド端子564を、グランド電流経路に沿って最も下流となる、筐体104の図示右下の外側部に設けるものとしたが、これに限らず、制御対象用グランド端子564の位置は、グランド電流経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値となる位置より下流であればよい。ここで、当該「所定の値」とは、上述の如く、グランド電流経路において所定の電圧降下を生じさせる電流値をいう。なお、制御対象用グランド端子564の位置を、グランド電流経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値となる位置より下流とした場合には、制御対象用グランド端子564の電位と他のグランドの電位(すなわち、PG144、LG142、SG140、及びセンサ用グランド端子158の電位)との間に電位差を生ずる場合があり得るが、当該電位差により制御対象522a〜cに発生する制御量の誤差は、センサ120a〜cにより検知される物理量(操作量)と目標値との差となって現れるため、当該差を減少させようとする通常の制御動作により、上記電位差の影響は解消され得る。
In the example shown in FIG. 5, the control-
さらに、制御装置50の変形例として、制御装置50がその構成要素として取付用ステー108を含むものとし、制御対象用グランド端子564を、筐体104の外側部ではなく、取付用ステー108に設けることができる。この場合の制御対象用グランド端子の位置は、グランド電流経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値となる位置より下流又は最も下流にあたる位置、例えば、図5に制御対象用グランド端子568として示した位置(図示点線)に設けるものとすることができる。
Further, as a modification of the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態に係る制御システムについて説明する。
図6は、本実施形態に係る制御システムの構成を示す図である。
[Third Embodiment]
Next, a control system according to a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a control system according to the present embodiment.
本制御システム60は、図1に示す第1の実施形態に係る制御装置10により構成される複数の制御装置601〜604を備え、制御装置602〜604が備えるセンサ用グランド端子612〜614が、ワイヤ線621〜623を介して制御装置601のセンサ用グランド端子611に接続されている。
The
本実施形態における制御装置601〜604は、例えば、エンジン制御用の一つのECUと、当該ECUと協調して動作する(すなわち、協調制御を行う)各種の個別のECUとすることができる。なお、当該協調して動作するECUとしては、オートマチック車におけるトランスミッション制御、ABS(アンチロック・ブレーキ・システム、Anti-lock Brake System)、VSA(車両挙動安定化制御、Vehicle Stability Assist)、EPS(電動パワーステアリング、Electric Power Steering)等の制御を行うECUを含むことができる。
The
ここで、「協調して動作する」とは、各制御装置が、他の制御装置の動作状態や動作条件に基づいて、自装置の動作状態あるいは動作条件を動的に決定して制御動作を行うことをいう。このような協調動作(あるいは協調制御)においては、当該(制御)動作を正確に行うために、一の制御装置で受信される一のセンサの操作量と、他の制御装置において受信されるセンサの操作量との相対的な関係が維持されるように、各制御装置においてセンサ信号が正確に受信される必要がある。 Here, “coordinated operation” means that each control device dynamically determines the operation state or operation condition of its own device based on the operation state or operation condition of another control device, and performs the control operation. To do. In such cooperative operation (or cooperative control), in order to accurately perform the (control) operation, the operation amount of one sensor received by one control device and the sensor received by another control device. In order to maintain a relative relationship with the operation amount of the sensor, the sensor signal needs to be accurately received in each control device.
本実施形態によれば、各制御装置601〜604のセンサ用グランド端子611〜614を電気的に互いに接続することにより、制御装置601〜604に接続された全てのセンサのグランド電位を同電位とすることができるので、各センサで検出される操作量の基準が一定となり、制御装置601〜604による協調制御を正確に動作させることができる。
According to the present embodiment, the
なお、本実施形態では、制御装置601〜604は第1の実施形態に係る制御装置10に従うものとしたが、これに限らず、第1の実施形態に係る制御装置10の変形例である制御装置40(図4)や、第2の実施形態に係る制御装置50(図5)を用いて、本実施形態と同様の制御システムを構成することもできる。
In this embodiment, the
また、第2の実施形態に係る制御装置50を用いて図6に示す制御システムを構成する場合には、互いのセンサ用グランド端子を接続するだけでなく、制御対象用グランド端子を互いに接続しておくこともできる。これにより、複数の制御装置がそれぞれ制御する複数の制御対象のグランド電位、すなわち動作基準電圧を同じとして、各制御対象の動作量の相対的な関係を維持することができ、さらに正確な協調制御を行うことができる。
When the control system shown in FIG. 6 is configured using the
以上、説明したように、第1及び第2の実施形態に係る制御装置は、その筐体等から流れ出て電源のグランド端子に至るグランド電流の経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値を超える位置より上流の位置に、センサのグランド端子が接続される。これにより、本制御装置は、センサ信号の適正な受信状態を確保しつつ、ワイヤハーネスからセンサ用のグランド線を削除してコストダウンを図ることができると共に、ワイヤハーネスを接続するコネクタを小型化して制御装置の小型化を図ることができる。 As described above, in the control devices according to the first and second embodiments, the sum of the ground currents has a predetermined value along the path of the ground current that flows out of the housing and the like and reaches the ground terminal of the power source. The ground terminal of the sensor is connected to a position upstream from the position exceeding the above position. As a result, the control device can reduce the cost by removing the sensor ground wire from the wire harness while ensuring a proper reception state of the sensor signal, and downsize the connector for connecting the wire harness. Thus, the control device can be downsized.
また、当該制御装置を複数用いて制御システムを構成する場合には、各制御装置のセンサ用グランド端子を互いに接続して全てのセンサの動作基準電位を同じとすることができ、これら制御装置に正確な協調制御を行わせることができる。 When a control system is configured using a plurality of the control devices, the sensor ground terminals of the control devices can be connected to each other so that the operation reference potentials of all the sensors can be the same. Accurate cooperative control can be performed.
10、40、50・・・制御装置、60・・・制御システム、100、500・・・回路基板、102、502・・・コネクタ、104・・・筐体、110・・・車体、112・・・プリアンプ、114・・・処理回路、116・・・電源回路、118・・・駆動回路、120a〜c・・・センサ、122、522a〜c・・・制御対象、124・・・ACG、140・・・信号用グランド(SG)、142・・・論理回路用グランド(LG)、144・・・電力用グランド(PG)、158、458・・・センサ用グランド端子、564、568・・・制御対象用グランド端子。
10, 40, 50 ... control device, 60 ... control system, 100, 500 ... circuit board, 102, 502 ... connector, 104 ... housing, 110 ... car body, 112 ..
Claims (10)
前記制御回路は複数のグランド電流の流出部を有し、
前記筐体は、前記制御回路からの複数のグランド電流の流出部が個別に電気的に接続され、かつ、当該筐体の所定の位置において直接又は間接に電源のグランドに電気的に接続されるよう構成されており、
前記センサのグランドは、前記筐体の第1の所定箇所にリード線を介して接続され、
前記第1の所定箇所は、当該第1の所定箇所及び前記複数の流出部から前記電源のグランドに至るグランド電流の経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値を超える位置より上流に配されている、
制御装置。 A control device that houses a control circuit that operates a control target based on an electrical signal from a sensor in a conductive casing,
The control circuit has a plurality of ground current outflow portions,
The casing is electrically connected individually to a plurality of ground current outflow portions from the control circuit, and is directly or indirectly electrically connected to a power source ground at a predetermined position of the casing. It is configured as
The sensor ground is connected to a first predetermined portion of the housing via a lead wire,
The first predetermined portion is arranged upstream from a position where the sum of ground currents exceeds a predetermined value along a path of ground current from the first predetermined portion and the plurality of outflow portions to the ground of the power source. ing,
Control device.
前記制御回路は複数のグランド電流の流出部を有し、
前記筐体は、前記制御回路からの複数のグランド電流の流出部が個別に電気的に接続され、かつ、当該筐体の所定の位置において前記取付具を介して電源のグランドに電気的に接続されるよう構成されており、
前記センサのグランドは、前記取付具の第1の所定箇所にリード線を介して接続され、
前記第1の所定箇所は、当該第1の所定箇所及び前記複数の流出部から前記電源のグランドに至るグランド電流の経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値を超える位置より上流に配されている、
制御装置。 A control device comprising a conductive casing that houses a control circuit that operates a control target based on an electrical signal from a sensor, and a conductive attachment that fixes the casing to a conductive structure. ,
The control circuit has a plurality of ground current outflow portions,
In the case, a plurality of ground current outflow portions from the control circuit are individually electrically connected, and are electrically connected to the ground of a power source via the fixture at a predetermined position of the case. Configured to be
The sensor ground is connected to the first predetermined portion of the fixture via a lead wire,
The first predetermined portion is arranged upstream from a position where the sum of ground currents exceeds a predetermined value along a path of ground current from the first predetermined portion and the plurality of outflow portions to the ground of the power source. ing,
Control device.
前記制御対象のグランドは、前記筐体の第2の所定箇所にリード線を介して接続され、
前記第2の所定箇所は、当該第2の所定箇所及び前記複数の流出部から前記電源のグランドに至るグランド電流の経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値となる位置より下流又は最も下流に配されている、
制御装置。 The control device according to claim 1,
The ground to be controlled is connected to a second predetermined portion of the housing via a lead wire,
The second predetermined portion is downstream or most downstream from a position where the sum of ground currents reaches a predetermined value along a path of ground current from the second predetermined portion and the plurality of outflow portions to the ground of the power source. Arranged in the
Control device.
前記制御対象のグランドは、前記筐体又は前記取付具の第2の所定箇所にリード線を介して接続され、
前記第2の所定箇所は、当該第2の所定箇所及び前記複数の流出部から前記電源のグランドに至るグランド電流の経路に沿ってグランド電流の総和が所定の値となる位置より下流又は最も下流に配されている、
制御装置。 The control device according to claim 2,
The ground to be controlled is connected to a second predetermined location of the housing or the fixture via a lead wire,
The second predetermined portion is downstream or most downstream from a position where the sum of ground currents reaches a predetermined value along a path of ground current from the second predetermined portion and the plurality of outflow portions to the ground of the power source. Arranged in the
Control device.
前記複数の制御装置は、前記センサのグランドが接続された前記筐体の第1の所定箇所が互いに電気的に接続されている、
制御システム。 A control system including a plurality of control devices according to claim 1,
In the plurality of control devices, first predetermined portions of the casing to which a ground of the sensor is connected are electrically connected to each other.
Control system.
前記複数の制御装置は、前記センサのグランドが接続された前記取付具の第1の所定箇所が互いに電気的に接続されている、
制御システム。 A control system including a plurality of control devices according to claim 2,
In the plurality of control devices, first predetermined portions of the fixture to which a ground of the sensor is connected are electrically connected to each other.
Control system.
前記複数の制御装置は、前記センサのグランドが接続された前記第1の所定箇所が互いに電気的に接続され、かつ、前記制御対象のグランドが接続された前記第2の所定箇所が互いに電気的に接続されている、
制御システム。 A control system comprising a plurality of control devices according to claim 3 or claim 4,
The plurality of control devices are configured such that the first predetermined location to which the sensor ground is connected is electrically connected to each other, and the second predetermined location to which the control target ground is connected is electrically connected to each other. It is connected to the,
Control system.
前記制御装置は、互いに協調して動作する制御対象をそれぞれ制御するものである、
制御システム。 The control system according to any one of claims 5 to 7,
The control device controls the control objects that operate in cooperation with each other.
Control system.
請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の制御装置。 The control device is mounted on a vehicle and controls the operation of the vehicle.
The control device according to any one of claims 1 to 4.
請求項5ないし請求項8のいずれか一項に記載の制御システム。 The control system is mounted on a vehicle and controls the operation of the vehicle.
The control system according to any one of claims 5 to 8.
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