【自動車用語辞典:車両制御「電動パワーステアリング」】モーターの力でハンドル操作をアシストする技術

■EVや運転支援にも欠かせない

●低燃費や軽量化のほか制御の自由度も魅力

ドライバーのステアリング操作力をモーターでアシストするEPS(電動パワーステアリング)は、低燃費や軽量化、制御自由度の高さなどの観点から、乗用車のほとんどが採用しています。

電動車や運転支援技術のためにも不可欠なEPSのシステムと制御について、解説していきます。

●EPSシステムの概要

EPSは、ドライバーの操舵要求に応じて、モーターのトルクで操舵力をアシストするシステムです。モーターのアシストによって、ドライバーの操舵力は約1/10まで軽減され、また油圧式に比べて軽量コンパクトになるというメリットもあります。

EPSは、モーターの取り付け位置によって3つの方式に分類されます。

コラムアシスト式は、ステアリングシャフト上部のコラム部にモーターを組み込み、ピニオン式はステアリングシャフト下部のピニオンギアにモーターを組み込んで操舵力をアシストします。ラック式は、ピニオンギアが噛み合うラック軸上にボールねじを組み込み、モーターでボールねじを駆動させます。

コラムアシスト式は、安価なので小型車を中心に広く採用され、ラックアシスト式はコストがかかるものの大きなアシスト力が確保できるため、大型SUVや高級車で採用されています。

●EPSの構成

EPSシステムは、モーターやモータートルクを増幅する減速機、トーションバーの捻じれから操舵力を検出するトルクセンサー、操舵角を検出する操舵角センサー、EPS-ECUなどで構成されます。

アシストするモーターの駆動力は、操舵力や操舵角、車速情報などから決定されます。

トルクセンサーは、ドライバーの操舵トルクを検出するセンサーです。ステアリング軸上の設定されたトーションバーと、その捻じれ角を検出するセンサーからなります。

操舵角センサーは、ステアリングコラムに装着され、操舵角を検出します。操舵角センサーを使わず、トルクセンサーとモーターの回転角センサーで操舵角を算出する手法を採用している例もあります。

●モーターの種別

EPSで使われるモーターには、ブラシ付きモーターとブラシレスモーターがあります。

ブラシ付きモーターは比較的安価に構成できますが、大出力とともにローターの慣性モーメントが増大して、操舵フィーリングが悪化します。一方ブラシレスモーターは、構成が複雑で高価ですが、大出力になっても慣性モーメントの増大が抑えられるメリットがあります。

●EPS制御

EPS制御は、基本制御と補正制御、モーター電流制御、フェールセーフで構成されます。

基本となるアシスト電流は、操舵力と操舵角、車速情報などから決定します。このベース電流に、ステアリング増速時に増加させる、減速時には減少させるイナーシャ補正やステアリングホイールに伝わる振動を抑えるダンピング補正、旋回後ステアリングが戻される場合に対応する戻り補正などを付加します。

上記のアシスト電流指令に対して、モーターを応答良く駆動させるため、モーター電流を高精度に制御します。実モーター電流を検出し、指令値に対する差分を補正するフィードバック制御が一般的です。

フェールセーフには、ドライバーの操舵トルクの方向と、アシスト方向が一致しているかをモニターするインターロッキング方式が一般的です。ステアリングが切れなくなる、勝手に切れるなどの異常が発生した場合は、直ちにシステムを停止します。

電動パワーステアリングの仕組み
電動パワーステアリングの仕組み
EPS-ECUの働き
電動パワーステアリングのECU(演算処理装置)の働き

パワーステアリングは、もともとエンジンで駆動するオイルポンプを使って操舵力をアシストしていました。燃費向上のために、1990年代に電動パワステ「EPS」が登場し、今や乗用車のほとんどが採用しています。

またHEVやEVなど電動車のため、さらに最近は自動駐車システムや車線維持支援システム(LKAS)などの運転支援技術のために、EPSは不可欠な技術となっています。

(Mr.ソラン)