ESCユニット
ESCユニット（Electronic Stability Control）は、車両のヨーレートや横すべり量を推定し、各輪の制動力やエンジン出力を統合制御して姿勢安定性を高める電子制御装置である。急ハンドル、低μ路、レーンチェンジ、ミュー変化などで車両がアンダーステア／オーバーステアに陥る兆候を早期に検知し、個別輪制動やトルク抑制を瞬時に介入させるのが中核機能である。ABSやTCSを土台に進化したシステムで、近年は法規適合や予防安全の観点から標準化が進む。
構成と主要部品
- 油圧モジュール：ポンプ、アキュムレータ、インレット／アウトレットソレノイドを内蔵し、各輪ブレーキ圧を独立に制御する。
- ECU（制御ユニット）：ヨーレートや横加速度、舵角、各輪車速から車両状態を推定し、ブレーキ圧指令やエンジン出力要請を生成する。
- センサー群：MEMSジャイロ、加速度センサー、舵角センサー、ホイールスピードセンサーなどを用いる。
- 通信系：CAN等でパワートレインECU、ステアリング系、メータ類と通信する。
- 電源・診断回路：フェイルセーフ、自己診断、DTC記録、警告灯制御を担う。
作動原理
ESCユニットは、運転者意図（舵角・車速から得る目標ヨーレート）と実測ヨーレートの偏差、推定横すべり角などを用いて安定性の指標を計算する。オーバーステア傾向では外側前輪の制動を主に用いてヨーを抑制し、アンダーステアでは内側後輪の制動やエンジン出力抑制を組み合わせて応答性を回復させる。制御はフィードバックを基本とし、路面μ推定や前方予測を併用して過不足のない介入を図る。
制御アルゴリズム
単純化二輪車モデルをベースにヨー運動・横運動を扱い、カルマンフィルタ等でセンサー誤差やバイアスを補正するのが一般的である。ゲインは操舵角速度や車速で可変とし、ドライバ操作の自然さを損ねないよう、ABS・TCSとの優先順位や介入レベルを協調設計する。多くの車両では、エンジンやモータ出力制御も併用され、駆動系の応答遅れを見越した予見制御が組み込まれる。
センサーと信号処理
ヨーレートセンサーはゼロ点ドリフトの補正が不可欠で、停止時や直進安定時にオフセット学習を行う。ホイールスピードはタイヤ半径変動やスリップの影響を受けるため、左右相関や車軸前後相関を用いた整合性チェックを行う。舵角は< a href="/ステアリングコラム">ステアリングコラムや< a href="/ステアリングホイール">ステアリングホイール側の機構と一体で管理され、ゼロ点学習やフルスケール処理が必要となる。
ブレーキ系との協調
ESCユニットは< a href="/ABSユニット">ABSユニットを基盤に、個別輪の加圧・減圧・保持を高頻度で切替える。マスタ圧や倍力特性は< a href="/ブレーキブースター">ブレーキブースター、一次圧生成は< a href="/ブレーキマスターシリンダ">ブレーキマスターシリンダ、入力は< a href="/ブレーキペダル">ブレーキペダルの機械条件に依存する。油圧応答、パッド摩擦、ディスク温度などの非線形要素を見込んだ制御設計が求められる。
ステアリング・駆動系との協調
横力発生はタイヤ側性能に制約されるため、操舵・駆動との協調が重要である。操舵伝達は< a href="/ラックアンドピニオン">ラックアンドピニオンや連結機構に依存し、電動補助では< a href="/EPSモーター">EPSモーターがアシスト量と路面反力のバランスを担う。駆動系側はエンジントルクやモータトルク、さらにはブレーキドラッグの最適配分を通じて、車両姿勢の収束を早める。
代表的な介入例
- オーバーステア抑制：外前輪の単輪制動でヨー速度を減衰させ、同時に出力抑制で横すべり角の拡大を防ぐ。
- アンダーステア抑制：内後輪や左右後輪の制動配分を変え、旋回内向きのヨーを付与する。
- 路面μスプリット：左右で摩擦が異なる場合、直進時の片流れを抑えるよう左右制動を微調整する。
フェイルセーフと診断
ESCユニットは電源低下、センサー断線、バルブ固着等の故障を自己診断し、段階的に機能を制限する。重大故障時は基礎ブレーキやABSのみでの走行に移行し、メータ内の警告で運転者に通知する。DTCの記録により、整備時に原因特定と再学習（舵角ゼロ点、ヨーセンサオフセット等）を実施する。
環境・法規と評価
多くの地域でESC装着が義務化・標準化され、試験では定常円旋回、Jターン、ダブルレーンチェンジ等が用いられる。評価は、目標軌跡追従性、操舵量に対する車両応答の線形性、制御介入の自然さ、警告の分かりやすさといった観点で行う。車両重量やタイヤ仕様の違いに対しても一貫した安定性を示すことが求められる。
設計・チューニングの要点
制動圧応答の帯域と制御ゲインの整合を図り、過度な介入による違和感や制動距離増大を避けることが重要である。タイヤ摩擦の季節変動、荷重移動、横力飽和、熱フェードを見越してマップを設定し、ドライバビリティと安全性の両立を図る。プロト車ではデータロギングとHIL/SILでの検証を繰り返し、量産段階でのばらつきを吸収するロバスト性を確保する。
ESCとABS/TCSの違い（補足）
ESCユニットは車両全体のヨー安定化を目的とし、旋回挙動を制御する点で、主に制動時の車輪ロックを防ぐABSや、駆動輪の空転を防ぐTCSより広い範囲を扱う。実装上はABS・TCSとハード／ソフトを共有しつつ、車両運動モデルと状態推定を用いた統合制御を行う。