KYB技報

第50号

2015―４

製品紹介

高機能EPS用ECUの開発
長

１

江功

はじめに

貴２

日産自動車㈱殿のINFINITI Q50注1）（写真 １ ）に
搭 載 さ れ る ダ イ レ ク ト ア ダ プ テ ィ ブ ス テ アリ ン（以下DAS）向けに，ステアリングギヤの転舵
グ注2）
モータ及びステアリングホイールの反力モータ駆動

DASのシステム構成

図 １ はDASのシステム構成である．主要な構成
部品は，ステアリングホイール，反力モータ，クラッチ， ス テ ア リ ン グ ギ ヤ ボ ッ ク ス，ECUで あ る．
KYBの開発品は②，④，⑤のハードウェアである．

用の高出力かつ高信頼性なエレクトリック・コントロール・ユニット（以下ECU）を開発した．
DASの最大の特徴は，ステアリングホイールとステアリングギヤボックスの機械的連結をクラッチで切り離して電気信号に置き換え，タイヤの向きを変える新技術を採用しているところである．
本技術は入力操作を電気信号（ワイヤ）で伝達してアクチュエータを制御するエックス・バイ・ワイヤ（X-By-Wire）と呼ばれる先進技術の応用である．
DASは車両レイアウトの自由度を向上させ，車両を安全に運転するための制御，更には自動運転に進展する可能性を持っており，次世代のステリングシステムとして注目を集めている．量産車でバイ・ワイヤ技術を用いたステアリングシステムを搭載したのは，INFINITI Q50が世界で初めてである．
ECUを開発するにあたり，様々な技術課題があったが無事に量産に至った．開発品について以下に紹介する．
注 １）Q50の国内向けの販売名称はスカイライン．ハイ
ブリッドエンジン搭載モデルはDAS標準装備．スカイラン，INFINITI，Q50は日産自動車㈱殿の商標．
注 ２ ）ダイレクトアダプティブステアリングは日産自動

図１

DASのシステム構成①ステアリングホイール ステアリング操作の入力部分．反力モータ軸との接続は減速機を介さず接続する．
②反力モータ 車輪から伝わる路面状況を擬似的に運転者へ伝えるための操舵反力を発生する．

車㈱殿の商標．当社では高機能EPSと呼ぶ．

③クラッチ
 DASの故障を検知した場合にステアリングホイールとステアリングギヤボックスを機械的に結合する．
④ステアリングギヤボックス
 ス
 テアリングホイールの舵角信号に応じて，ラッ
写真 １

クを左右に動かし，車輪に操舵角を与える．転舵モータ １ 及び ２ の計 ２ 個のモータを搭載する．

日産自動車㈱殿 INFINITI Q50― 49 ―

高機能EPS用ECUの開発⑤ECU ②，③，④のアクチュエータを制御する．当社
では反力モータを制御するECUを反力ECU，転舵モータを制御するECUを転舵ECU １ 及び２ と呼ぶ．また，それぞれのECUは各種センサ用回路及びクラッチ用回路を必要に応じて実装している。 ３ 台のECUは制御の演算結果を通信する構成になっており，相互の状態を監視する．故障が発生した場合，瞬時に検知してクラッチを接続し，システムを安全な状態へ遷移させる．

３

写真 ２

開発・生産体制

ECUに組み込むソフトウェアとシステム開発は日産自動車㈱殿の担当である．システムのハード
ウェアは当社オートモーティブコンポーネンツ事業本部（以下AC事業本部）ステアリング技術部が全体を統括している．ECUとモータの開発は技術本部電子技術センターへ委託されている．
ECUの生産は当社グループ会社であるKYBトロンデュール㈱，転舵モータ及び反力モータの生産は㈱TOP殿，ステアリングギヤボックスの生産はAC事業本部岐阜北工場で行っている．

４ECUの外観

4. 2 共用化
図 ２ に主要部品の構成を示す．反力ECUも転舵
ECUも，主な機能は ３ 相DCブラシレスモータを駆動させることであるから，基本構造は出来るだけ統一した．ECU毎に必要な機能に合わせて実装する電子部品を設定するにあたり，可能な限り部品の共用化を図っている．CPU基板，アルミ基板，カバー，端子ガイド，メインバスバーAssy，コネクタAssyについては完全に共通であり，コスト低減及び製造工程の簡素化に対して配慮している．

ECUの仕様4. 1 製品仕様
表 １ にECUの主要諸元，写真 ２ にECUの外観を示す．
表１
電源電圧VECU主要諸元
14寸法㎜

（L）
180×（W）
180×（H）
50

質量㎏

1.7

モータ出力

Arms

CPUクロック
周波数80

MHz

モータ角度

レゾルバ

検出方式
クラッチ出力A

コネクタ

1.5

図２CAN（500Kbps）

外部通信方式
作動周囲温度80（ ３ 相DCブラシレス）

Flex Ray（ ５ Mbps）℃－40～105
防水

ECU構成部品の概略図

4. 3 フェールセーフ
ECU間の通信は，信頼性が高く通信速度が速い次世代の車載高速LANであるFlex Ray注3）を採用し，３ つのECUの演算結果を相互に監視している．更― 50 ―

KYB技報第50号

2015―４に別系統で，瞬時にクラッチをつなぐ信号を共有し，相互に作用することで信頼性を高めている．どれか

図 ３ に示すように大幅に放射ノイズを低減することができた．

１ つ のECUが 故 障 し た 場 合， ３ つ のECUがFlex
Rayの情報からお互いの動作状態を判定し，判定結果 の 多 数 決 演 算 を と る こ と に よ っ て， 故 障 し た

注 ５）Electro Magnetic Interference：用語解説「EMC・EMI」p.53を参照．

ECUを特定する．
注 ３ ）次世代ネットワークとして注目され，高速通信（最大10［Mbps］），同期通信，送信遅延時間保証など，協調制御に必要とされる特徴を持つ．

５開発課題

写真 ３

バラック型ECUと擬似筐体の外観

5. 1 ECUの信頼性評価
ECUの信頼性評価は主に環境系と電気系の ２ 系統に分類される．電気系の中でもEMC注4）に関する放射ノイズ試験の対策には様々な検討を要した．
DASは放射ノイズの観点からすると不利なシステムであると言える． ３ 相ブラシレスモータを駆動するシステムの放射ノイズは，一般的にモータインバータ回路のスイッチングに起因する．スイッチングノイズが各種ハーネスに重畳して，放射ノイズとなって現れる．一般的なEPSシステムはモータとECUの組み合わせが １ セットで構成される．一方で，
DASは ３ セ ッ ト で 構 成 さ れ て お り， 更 に 互 い のECUが多数のハーネスで接続されている．また，ECUの搭載位置の都合上，電力線の長さが合計 ２ｍ前後になる．そのためEPSシステムと比較しても，ノイズ源が多く，放射ノイズを出しやすい構成であ図 ３ EMIフィルタ対策前後の放射ノイズレベル
る．
ECUを実車に搭載して評価した結果，全周波数帯域で大きく基準値を超えてしまっていた．そこで， 5. 3 シールドハーネスによる対策インバータ回路とモータハーネスから出る放射ノ至急の対策検討が必要となったが，ノイズ対策と言イズレベルは，パワーが大きいことに加えてモータ
うものはなかなか理論通りにいかず，経験則的に対策を検討する事例も多い．そのため長期にわたっての駆動性能にも影響する可能性があるため，対策手台上での対策検討を繰り返し行った．

段が限られる．そのため写真 ４ で示すようなシール
ドハーネスと呼ばれる金属編組線で覆われたハーネスをモータハーネスに使用することで，放射ノイズが外に出ていかないように対策するのが一般的であ

注 ４）Electro Magnetic Compatibility：用語解説「EMC・EMI」p.53を参照．

5. 2 EMI除去フィルタによる対策
対策部品は主にEMI注5） 除去フィルタと呼ばれるコンデンサ及びフェライトインダクタを使用した．
対策の効果を明確にするため，ECUとモータは １セットで検討することから始めた．また，容易に対策部品のチューニングが行える様にバラック状態のECUを使用した．実際のECUはアルミダイカスト製の筐体が基板の放射ノイズを抑えるため，銅板と段ボールシートを使用して作成した擬似的な筐体でバラック型のECUを覆って検討を行った（写真 ３ ）．
対策部品のカット＆トライを地道に繰り返し行い，る．この点についてはお客様に対しても協力を仰ぎながら検討を進めた．
シールドハーネスは通常のハーネスと比較して製造の手間も材料費も余分にかかるため，当然コストも上がる．ハーネスのコストは車両価格に影響するため，採用のハードルも高い．そこでお客様と合同で台上評価を行い，シールドハーネスの効果とシールド部分の拡大による相乗効果を実証することにした．台上でシールド部分を長くしたり短くしたりしてハーネスが露出する長さを数10㎜単位で変化させ― 51 ―

高機能EPS用ECUの開発

る．それに伴って測定機器の画面でノイズレベルが大きく変化する状況を実際に目で見てもらい，効果を実感してもらった．
この活動によってお客様にも“シールドハーネスは必須であり，その仕様も可能な限りコネクタ直近までシールドで覆われた状態でなくては効果がない”という認識を持ってもらうことができ，当社の要望するハーネスの仕様を採り入れてもらえるきっかけとなった．

６

おわりに今回開発した高機能EPS用ECUは，要求される自動車搭載要件を満足できた．開発中に発生する様々な技術課題に対し，一つずつ対策を講じる過程を経ることが電装品設計のノウハウ構築にもつながったと考える．今後も電子制御化の傾向は自動車に限らず様々な分野で高まる一方である．本開発で得た経験を有効に活用したい．
本開発にあたり，日産自動車㈱殿のプロジェクト関係者をはじめ，社内外の関係各位より頂いた多大なるご支援，ご協力にこの場を借りて心から感謝申し上げます．

写真 ４著

シールドハーネス者 長江功貴

2009年度入社．技術本部電子技術
セ ン タ ー 開 発 室． 高 機 能EPS用ECUの開発に従事．

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