超便利なデバイスコントローラー


 

1.目的

BNR32には、複数のハイテクデバイスが装備されている。通常、これらのデバイスはエンジンの始動と同時に起動し、ドライバーの意思で停止させることはできない。運転状況に合わせてドライバーが必要なデバイスを選択することができれば、ドライバビリティを格段に向上させることができる。それを可能にするコントローラーを開発する。

 

2.結果

ハイテクデバイスを電気的にON/OFFさせることができるデバイスコントローラーが完成した。これにより、HICAS、パワステ、4WD、ABSをそれぞれ個別に、そして走行中であっても瞬時にON/OFFさせることが可能となった。

 

3.デバイスコントローラーの仕組み

HICASとパワステは、電子制御するコントロールユニットが一体式になっている。同様に、4WDとABSのコントロールユニットも一体式となっている。そのため、安易にコントロールユニットの電源をON/OFFさせてもユニット単位で機能が停止してしまうので、各デバイスを単独でON/OFFさせることはできない。あれこれ調べた結果、コントロールユニットは共用でもフェイルセーフ機能は独立していることが分かった。これを利用して意図的にフェイルセーフの状態に持ち込めば、それぞれのデバイスを単独で機能停止させることが可能になる。

まず、HICASとパワステの場合について具体的に説明すると、基本回路は下の図(略図)のようになる。

機能を停止させる時は該当するアクチュエーターの回路を切断し、強制的にフェイルセーフの状態にする。機能を復帰させるには、切断した回路を元に戻した後に電源を入れ直す。こうすることで簡単にHICAS、あるいはパワステを個々にON/OFFさせることができる。

次に、4WDとABSの場合について説明する。基本回路はHICASとパワステの場合と同じであるが、試作の段階で想定外の問題が見つかり、回路は少し複雑になった。機能を停止させる時にアクチュエーターの回路を切断してフェイルセーフの状態にするのは同じだが、実験の結果から4WDとABSのコントロールユニットは電源を入れ直しても正常に動作復帰しない場合があることが分かった。問題の原因を調べたところ、走行している最中、つまり車輪回転センサーの信号がコントロールユニットに入力され続けている間は、電源を入れ直しても正常に動作が開始しないことが判明した。正常な動作を始めるには、車両を一旦停車させて車輪回転センサーのゼロ信号をコントロールユニットに入力しなければならないのである。これは、コントロールユニットの電源投入時に行われるセルフチェックモードに起因する現象であると思われる。復帰時に車両を停止させる必要があるとなると、高速道路やサーキットでは使い物にならない。対策として、4WDとABSについては、下の図(略図)のように車輪回転センサーの信号を強制的にショートさせる回路を付け加えることにした。

制御を復帰させる時は、コントロールユニットの電源を入れ直すのと同時に車輪回転センサーの信号を一定時間ショートさせる。コントロールユニットは擬似信号(車速ゼロ)を受け、センサーのセルフチェックをパスして通常の制御へと移行する。このようにすることで、たとえ走行中であっても4WDとABSのON/OFFが可能になる。

 

4.デバイスコントローラーの製作

各コントロールユニットのワイヤハーネスにスイッチを割り込ませ、必要に応じて手動で電気信号を入り切りすれば取り敢えず事足りる訳だが、それでは使い勝手が悪過ぎる。そこで、シーケンス回路を組むことにした。リレーを使った自己保持回路と遅延回路の組み合わせにより、コントロールユニットの入出力信号を適切なタイミングで自動的に断続させることができるシーケンス回路である。この回路を使えば、各デバイスをスイッチの操作一押しで、しかも走行中であっても確実にON/OFFさせることが可能になる。(シーケンス回路の詳細は企業秘密)


では、いきなり完成品から。


箱の内部は、こんな感じだ。使用部品はリレーが7個、その他にダイオード、コンデンサ、抵抗器である。トランジスタやICは使っていない。


デバイスコントローラー本体は、トランクルームの天井中央部分に取り付けた。左は4WD&ABS、右のはHICAS&パワステのコントロールユニットである。
それぞれのユニットに繋がる既存のワイヤハーネスをほぐし、コネクターを割り込ませてデバイスコントローラーの配線を接続した。ちなみに、この車両はオーディオレス仕様である。


運転席の操作スイッチは、オーディオレス仕様専用の小物入れに設置した。本体からの配線は、既存のオーディオ用配線をそのまま利用した。スイッチは全てモーメンタリータイプのプッシュスイッチを使用し、デジタルチックな操作感を実現している。
左側より、ABS(OFF)、HICAS(OFF)、オールクリア、4WD(OFF)、パワステ(OFF)である。


各デバイスをOFFにし、警告灯が点灯しているところである。

 

5.本器の特徴

どのデバイスも車両走行時の安全性に深く関わるものばかりなので、スイッチの操作はできるだけ簡素にした。また、故障時のことも考慮して回路を設計した。ちっぽけなシーケンス回路でも、不都合なく働かせるには一応それなりの配慮が必要なのだ。本器の特徴は以下の通りである。

(1) 自己保持回路と遅延回路を採用し、モーメンタリースイッチとの組み合わせで安定した動作を実現させた。
(2) 電子制御をOFFにしたデバイスはメーターパネルの警告灯が点灯するので、一目で状態を把握できる。ただし、パワステは警告灯が元々ない。
(3) クリアスイッチは1個にまとめ、緊急時に一発操作で全ての設定をクリアできるようにした。
(4) IGN/OFFで各デバイスの設定は全て自動的にクリアされ、IGN/ONで必ず初期状態から開始する。始動時に設定の確認をする必要がない。
(5) 複数のスイッチを同時に押した場合でも、シーケンスに誤作動が起きないように回路を設計した。
(6) 異常時に車両のヒューズが溶断した場合を想定し、電流の回り込み等で誤作動の起きることがないように配慮した。
(7) 初期状態及びクリア後は、リレーの接点を除いて回路中の部品に電流は一切流れない。待機電流がゼロなので無駄な電力消費がなく、耐久性も高い。

 

6.使用方法

【HICAS】

HICASの制御をOFFにすることで、ハイテクに頼らない本来の自然なステア特性にすることができる。ただし、その違いは微妙で「分かる時もある」というのが正直なところだ。はっきり言ってOFFにする必要性は感じないが、HICASをON/OFFすること自体が楽しめる。

 考 察
HICASの油圧回路にあるカットオフバルブは通常の制御時に“開”となり、電源OFF時あるいは異常検知時に“閉”となる。カットオフバルブが“閉”になるとパワーシリンダーへの油圧伝達が遮断され、内部のオイルは密封状態となるため後輪の舵角は保持される。カットオフバルブが“閉”の状態でも実際にはバルブ内に僅かなリークがあり、舵角が付いた状態で保持された場合でもパワーシリンダー内のセンタリングスプリングの力でゆっくりと中立位置へ戻る。HICASの制御が停止している時、パワーシリンダーは強力なセンタリングスプリングと密封されたオイルの抵抗によって中立位置に強く保持されるため、外力で後輪の舵角が容易に動いてしまうことはない。

 

【パワステ】

パワステの制御をOFFにすると、アシスト力は車速に関係なく最大能力の約半分に固定となる。操舵感を重くし、手応えのあるステアフィールにしたい時に有効である。

 考 察
パワステはツインオリフィス型で、片方のオリフィスの流量をソレノイドバルブにより電子制御している。通常の制御時は速度が約15km/m以下の時にアシスト力は最大になり、反対に速度が上昇するとアシスト力は徐々に減少し、約130km/h付近に達すると電子制御によるアシスト力は最小に制御される。したがって、それ以上の速度域では電子制御されないもう片方のオリフィスだけが作用する状態になるため、速度が上昇してもアシスト力は最大能力の約半分を維持する。電子制御を完全にOFFにすると車速に応じて可変制御していたオリフィスは全く作用しなくなるので、全速度域でアシスト力は最大能力の約半分に固定となる。その場合、車速が変化してもアシスト力は一定のままとなるため、低速になるほどステア操作は重くなるが、据え切り時でも約半分のアシスト力は確保されるのでエンジンが停止した時のようにステア操作が重くなることはない。

 

【4WD】

4WDの制御をOFFにすると駆動形式は後輪2輪駆動に固定され、挙動はFRの特性になる。発進時に派手なホイールスピンをさせることも簡単にできるようになる。ただし、無意味なホイールスピンは3回も試せば直ぐに飽きる。

 

【ABS】

ABSの制御をOFFにすると通常のブレーキ動作のみになり、状況によりロックするようになる。一般道の走行では、わざわざOFFにする場面はない。ジムカーナコース、あるいはダートコースや雪上コースなどで遊ぶ機会があれば、OFFにして挙動の違いを試すと面白いかも知れない。

 


2004/06/03

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