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» 2011年02月23日 20時21分 UPDATE

いまさら聞けない シャシー設計入門(12):車側の意思でハンドルを回転させる!? EPS (2/3)

[山本 照久,カーライフプロデューサー]

EPSシステムの仕組み

 EPSシステムは、

  • 操舵力と路面反力を検知するための「トルクセンサ」
  • 操舵力をアシストする「アシストモータ」をピニオン部に備えたギアボックス
  • 車速によって最適なアシスト力を行うための「車速信号」
  • 各センサからの情報を基にして最終的なアシスト量(電流量)を決定し、アシストモータを駆動するEPSコントロールユニット

などで構成されています。

 トルクセンサの操舵力と路面反力を検知する方法はさまざまですが、それほど大きな違いはありませんので基本を抑えておけば必要十分だと思います。

 EPSも油圧式同様に「トーションバーのねじれ」を利用します。

 ピニオンは油圧式同様に上部と下部とが一体になっておらず、トーションバーで連結しています。トルクセンサは、主にピニオン上部(インプットシャフト)と下部(ピニオンギア)との位相ズレを電気的に検知(磁束密度の増減)することで操舵力ならびに路面反力としてEPSコントロールユニットに情報として送っています。

ALT 図2 トルクセンサ

 イラストのように、インプットシャフト下部とピニオンギア上部は真横から見ると重複している部分があります。この部分がトルクセンサであり、外周がピニオンギア(センサスリーブ+コイル)で内周がインプットシャフト(ロータ)となっています。この状態で複数の突起があるロータが回転する(トーションバーがねじれる)ことによってセンサスリーブの窓とロータの突起が近付いたり遠ざかったりします。この動きによってコイルの磁束密度が増減し、電圧も変化します。

ALT 図3 トルクセンサの検出例

 この変化を読み取ることで操舵方向と操舵トルクを検出することができます。

 EPSコントロールユニットは、トランスミッションからの車速信号をECU経由で受信しています。

 またEPSコントロールユニットは、トルクセンサと車速センサからの信号を基に、アシストモータを駆動するための基本電流値を演算して、アシストモータ内にあるアーマチュアコイルに流す電流の大きさと向きを切り替えます。これによって回転トルク(アシスト量)の大きさと回転方向の正転・逆転を行います。

 とはいっても車を運転していると急激な路面抵抗の変化はつきもので、基本電流だけでは正常な運転(状況に応じた自然な操舵力)はできません。

 油圧式では「路面反力=操舵力の変化」として感じることができ、それほど細かな制御は必要なかったのですが、EPSは「走行状態(操舵力)を電気的に再現する」という非常に難しい制御が必要になります。

 例えば交差点を左折した後などにハンドルの復元力が「ホイールアライメント」によって発生しますが、そのときに中途半端にモータアシストが働くと非常に不自然な感じになります。

 いまでこそ非常に自然な感覚(油圧式パワーステアリング)に近付いてきましたが、EPSがそれほど普及していないときは、本当に不自然な感じが全面に出ていました。いかにも「モータでアシストしていますよ!」という違和感があったのです。

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