NTC（負温度係数）サーミスタ温度センサーは、自動車のパワーステアリングシステムにおいて、主に温度監視とシステム安全性の確保という重要な役割を果たしています。以下では、その機能と動作原理について詳しく説明します。
I. NTCサーミスタの機能
- 過熱保護
- モーター温度監視:電動パワーステアリング（EPS）システムでは、モーターの長時間運転は過負荷や環境要因による過熱につながる可能性があります。NTCセンサーはモーターの温度をリアルタイムで監視します。温度が安全閾値を超えると、システムは出力を制限したり、保護対策を作動させてモーターの損傷を防止します。
- 油圧流体温度監視:電動油圧式パワーステアリング（EHPS）システムでは、作動油の温度が上昇すると粘度が低下し、ステアリングアシスト力が低下します。NTCセンサーは作動油の温度を作動範囲内に維持し、シールの劣化や漏れを防ぎます。
- システムパフォーマンスの最適化
- 低温補正：低温時には、作動油の粘度が上昇し、ステアリングアシストが低下する可能性があります。NTCセンサーは温度データを提供し、システムがアシスト特性を調整（モーター電流の増加や油圧バルブの開度調整など）することで、安定したステアリングフィールを実現します。
- ダイナミックコントロール：リアルタイムの温度データにより制御アルゴリズムが最適化され、エネルギー効率と応答速度が向上します。
- 故障診断と安全冗長性
- センサー障害 (オープン/ショートなど) を検出し、エラー コードをトリガーし、フェイルセーフ モードをアクティブ化して、基本的なステアリング機能を維持します。
II. NTCサーミスタの動作原理
- 温度と抵抗の関係
NTC サーミスタの抵抗は、次の式に従って温度の上昇とともに指数関数的に減少します。
RT=R0⋅eB(T1−T01)
どこRT = 温度における抵抗T、R0 = 基準温度における公称抵抗T0（例：25°C）、およびB= 材料定数。
- 信号変換と処理
- 分圧回路NTCは固定抵抗器を備えた分圧回路に組み込まれています。温度による抵抗値の変化により、分圧ノードの電圧が変化します。
- AD変換と計算ECU は、ルックアップ テーブルまたは Steinhart-Hart 方程式を使用して電圧信号を温度に変換します。
T1=A+Bln(R)+C(ln(R))3
- 閾値活性化ECU は、事前に設定されたしきい値 (モーターの場合は 120°C、油圧液の場合は 80°C など) に基づいて保護アクション (電力削減など) をトリガーします。
- 環境適応性
- 堅牢なパッケージ: 過酷な自動車環境に対応するため、高温、耐油、耐振動性に優れた材料（エポキシ樹脂、ステンレスなど）を使用しています。
- ノイズフィルタリング信号調整回路には、電磁干渉を除去するためのフィルターが組み込まれています。
III. 典型的な用途
- EPSモーター巻線温度監視
- モーターのステーターに内蔵され、巻線温度を直接検知し、絶縁不良を防止します。
- 油圧回路温度監視
- 流体循環経路に設置され、制御バルブの調整をガイドします。
- ECU放熱監視
- ECU内部温度を監視し、電子部品の劣化を防止します。
IV. 技術的な課題と解決策
- 非線形性補償:高精度のキャリブレーションまたは区分線形化により、温度計算の精度が向上します。
- 応答時間の最適化:小型フォームファクタの NTC は熱応答時間を短縮します (例: 10 秒未満)。
- 長期安定性:車載グレードの NTC (例: AEC-Q200 認定) は、広い温度範囲 (-40°C ～ 150°C) にわたって信頼性を保証します。
まとめ
自動車のパワーステアリングシステムに搭載されているNTCサーミスタは、過熱保護、性能最適化、故障診断のためのリアルタイム温度監視を可能にします。その基本原理は、温度依存の抵抗変化を利用し、回路設計と制御アルゴリズムを組み合わせることで、安全で効率的な動作を実現します。自動運転の進化に伴い、温度データは予知保全や高度なシステム統合をさらに支援するようになります。
投稿日時: 2025年3月21日