電動パワーステアリング診断

1990 年代後半、エンジニアと OEM は、42 ボルトの電気アーキテクチャがすべての新しい車両に標準装備される未来を予測しました。 この高電圧システムは、電動パワーステアリングなどの負荷に必要な電力を解決するものでした。 SAE 規格にまで達しているため、OEM やサプライヤーはこれらのシステムを実装できます。 どうしたの？ 簡単な答えは、エンジニアが車両内の 12 ボルト電力の管理方法を改善したからです。

この時期、多くのエンジニアは多重化と呼ばれる別のトレンドに取り組んでいました。 25 年前、車両には他のシステムから独立して動作するシステムが多数搭載されていました。 たとえば、エンジン制御モジュールがコントロール エリア ネットワーク (CAN) 経由でトランスミッション制御モジュールや ABS モジュールと通信しているのを見たことがあるかもしれません。 しかし、ボディコントロール、インストルメントクラスター、またはエアライドモジュールが相互に通信することはまれでした。 多重化は、操作を調和させる方法と見なされていました。 技術者は、多重化とは、最新モデルの車両に搭載されている多くのネットワークやゲートウェイとして認識しています。 これにより、12 ボルトシステムで電動パワーステアリングが可能になりました。

42 ボルトの議論は、電気負荷の増加についての予測を正確に的中させました。 間違っていたのは、これらのネットワークの接続レベルと速度でした。 エンジニアは、電動パワーステアリング システムがアシスト レベルのピーク時に 60 アンペアを超える可能性があることを知っていました。 電気システムのこうした負荷を管理するのは難しい場合があります。 電動パワーステアリング システムがエンジン制御モジュールと通信できない場合、アシストが必要なときにエンジンの速度と出力が変動する可能性があります。

多くの国産車や輸入車が電動パワーステアリングへの移行を開始し、同時に車両の電気システムの配電を管理するモジュールを導入したことに気づいたかもしれません。 これらの電源モジュールはネットワーク化されており、突然のステアリング入力や、80 アンペアの電力を必要とする ABS モジュールのバルブの作動によって引き起こされる負荷を管理できます。

電動パワーステアリング システムを診断するには、電圧、電流、負荷を理解する必要があります。 また、技術者は、モジュールとセンサーがどのように連携してアシストのレベルを決定するかを理解する必要があります。

ほとんどの電動パワーステアリング システムは電気モーターを使用します。 一部のモーターはブラシレス設計を採用しており、動作電圧範囲は 9 ～ 16 ボルトです。

モーターは、その位置を決定する回転センサーを使用します。 一部のシステムでは、モジュールが交換された場合、またはトーが変更された場合、モーターが最大ステアリング角度を超えてラックを押し込まないように、ステアリング システムのエンド ストップを学習する必要があります。 これは、ステアリング角センサーの校正に加えて追加の手順である可能性があります。 モーターはステアリングラックまたはコラムに接続できます。 現在、ステアリングギアのベースまたはラックの反対側に取り付けられたモーターを使用する車両が増えています。

電動パワーステアリング モジュールは、アルミニウムの箱に入った単なる回路基板とコネクタではありません。 このモジュールには、電気モーターに電力を供給し制御するドライバー、信号発生器、および MOSFET スイッチが含まれています。 このモジュールには、モーターが使用しているアンプを測定する電流モニター回路も含まれています。 電流モニターとその他の入力により、周囲温度も考慮したアルゴリズムを使用してモーターの温度が決定されます。

モーターの過熱を引き起こす可能性のある状態をシステムが検出すると、モジュールはモーターに流れる電流の量を減らします。 システムはフェールセーフ モードになり、DTC を生成し、警告灯またはメッセージでドライバーに警告します。

ステアリングホイールの位置角度と回転速度を測定すると、電動パワーステアリングシステムにとって重要な情報が得られます。 スキャン ツールは通常、この情報を度単位で表示します。 ステアリング角センサー (SAS) は通常、ステアリング コラム内のセンサー クラスターの一部です。 センサー クラスターには常に複数のステアリング位置センサーがあります。 一部のセンサー クラスターには、データを確認するために 3 つのセンサーが搭載されています。 一部の SAS クラスターとセンサー モジュールは CAN バスに接続されています。 SAS モジュールまたはクラスターは、CAN バス上の ABS/ESC モジュールに直接接続することも、車両内のさまざまなモジュールを接続するループ内の CAN 全体の一部とすることもできます。

操舵トルクセンサーはドライバーの操舵力を測定し、電動ステアリングサポートを繊細に制御することが可能です。 油圧パワーステアリングシステムのスプールバルブと同じ機能を果たします。

電動パワーステアリング システムは通常、車両の高速 CAN バスの一部です。 このネットワーク上には、エンジンと ABS/スタビリティ コントロール システムの ECM があります。 これらのモジュールは、車速、ステアリング角度、エンジン動作に関する情報を共有します。 周囲温度などのその他の情報は、計器クラスタなどのゲートウェイ モジュールを通じて共有されます。

共有された情報は、前輪駆動車が経験するトルク ステアなどの機械的問題を解決するために使用できます。 ECM は、車両が低速のときにドライバーがスロットルを全開にしたいことを示すスロットル ペダルからの入力を受信する場合があります。 この情報は、トルク ステアに対抗するために特定のレベルのトルクを追加するためにパワー ステアリング モジュールによって使用される可能性があります。 ABS モジュールは、車両を操縦するためにブレーキをかけることもできます。

電動パワーステアリング システムには、アシスト量だけでなく、ドライバーがステアリングをどのように感じるかを調整できる高度なソフトウェアが搭載されています。 ソフトウェアはモーターの温度も調整します。 OEM は多くの場合、パワー ステアリング モジュールのアップデートをリリースします。 これらのアップデートは、ライトの点灯やシステムをフェールセーフ モードに移行させる可能性のある断続的な問題やコードを解決するのに役立ちます。

電動パワーステアリングは、旋回完了後にステアリングをセンターに戻すのに役立ちます。 ステアリング位置センサーからの情報により、システムが中心位置を「オーバーシュート」するのを防ぎます。 この機能は、大径リムを備えた今日の車両にとって重要です。 リターン機能により、キャスターの積極性を軽減し、車両の安定性を高め、ステアリングフィールを向上させます。

電動パワーステアリングは、路面の凹凸によるステアリングへの衝撃を和らげます。 速度とステアリングホイールの位置情報を使用して減衰量を決定します。 場合によっては、車両がエンジンをオンにして駐車しているときにステアリングがこのモードになり、ドライバーがホイールの小さな動きに気づくことがあります。

タイヤ、クラウン、荷重による小さな引っ張りは、電動パワーステアリング システムによって解消されます。 モーターは、引っ張りに対抗して押すのに役立ちます。 一部のシステムは、車両がどのように牽引しているかを学習します。 最終的には、システムが自動的に補正します。 この学習された補正はスキャン ツールを使用してクリアできます。

より正確なデータとより高速なモジュールにより、ラック上の電気モーターはドライバーを支援するだけではありません。 センサーと新しいソフトウェアをいくつか追加するだけで、車両は自動操縦できるようになります。

縦列駐車はできないの？ 車両を縦列駐車できる駐車支援システムに使用できる近接センサーをバンパーに取り付けます。 ドライバーがしなければならないのは、アクセルとブレーキを操作することだけです。

フロントカメラとリアカメラと近接センサーをサイドミラーに追加すると、車両が車線を逸脱したことを知らせる車線逸脱システムが実現します。 マイルドなシステムでは、架空のランブル ストリップにぶつかっているかのようにホイールが震える可能性があります。 より攻撃的なシステムは、アクションを起こして車両を車線内に戻すことができます。

電動パワーステアリングシステムは、通常、問題に部品を投入しても解決できません。 ラックとモジュールの交換には非常に費用がかかる場合があります。 ステアリング角度センサーとトルクセンサーは、ステアリングコラム上の位置により交換が困難です。

これらのシステムを診断するための最良のアプローチは、コンポーネントの物理的な検査を行う前であっても、スキャン ツールを使用して入力、コード、ネットワークを調べることです。 センサーからのデータを調べて、センサーが誤った情報を提供していないかを確認する必要があります。 また、CAN バス上の他のモジュールが通信しているかどうかを確認してください。 車速やヨーなどのデータが欠落していると、システムがフェールセーフ モードになる可能性があります。

フォード、アウディ、メルセデスベンツ、ホンダ、GM は、一部のプラットフォームに可変レシオのステアリング システムを導入しています。 一部の自動車メーカーは、これをアダプティブ ステアリングと呼んでいます。

可変比ステアリングは、ドライバーのステアリングホイール操作と前輪の回転量との関係を変化させます。 可変レシオステアリングでは、車速に応じてレシオが継続的に変化し、あらゆる状況でステアリングの応答を最適化します。

駐車スペースへの車寄せや狭い場所での操作など、低速の場合は、ステアリングホイールを回す回数が少なくなります。 アダプティブステアリングにより、ロードホイールにステアリングをより多くダイヤルすることで、車両の機敏性が向上し、方向転換が容易になります。

高速道路速度では、システムはステアリング応答を最適化し、車両が各ステアリング入力に対してよりスムーズに反応できるようにします。 フォードとメルセデスベンツのシステムは、ステアリングホイール内に配置された精密制御のアクチュエーターを使用しており、車両の従来のステアリングシステムに変更を加える必要はありません。

アクチュエーターは、基本的にドライバーのステアリング入力に加算または減算できる電気モーターとギアリング システムです。 その結果、車両のサイズやクラスに関係なく、あらゆる速度での運転体験が向上します。