Diagnose der elektrischen Servolenkung

In den späten 1990er Jahren prognostizierten Ingenieure und OEMs eine Zukunft, in der die 42-Volt-Elektroarchitektur zur Standardausstattung aller Neufahrzeuge gehören würde. Dieses Hochspannungssystem war eine Lösung für den Strombedarf von Lasten wie der elektrischen Servolenkung. Es kam zu einem SAE-Standard, sodass OEMs und Zulieferer diese Systeme implementieren konnten. Was ist passiert? Die einfache Antwort ist, dass die Ingenieure die Verwaltung der 12-Volt-Stromversorgung im Fahrzeug verbessert haben.

In dieser Zeit beschäftigten sich viele Ingenieure mit einem weiteren Trend namens Multiplexing. Vor 25 Jahren verfügten Fahrzeuge über viele Systeme, die unabhängig von anderen Systemen arbeiteten. Beispielsweise haben Sie möglicherweise gesehen, wie ein Motorsteuermodul über ein Control Area Network (CAN) mit einem Getriebesteuermodul oder einem ABS-Modul kommuniziert. Es kam jedoch selten vor, dass Karosseriesteuerung, Kombiinstrument oder Luftfahrmodule miteinander kommunizierten. Multiplexing wurde als Möglichkeit zur Harmonisierung von Abläufen angesehen. Techniker kennen Multiplexing als die vielen Netzwerke und Gateways, die in neueren Fahrzeugmodellen zu finden sind. Dadurch wurde die elektrische Servolenkung bei 12-Volt-Systemen möglich.

Die 42-Volt-Debatte hat die Vorhersage über steigende elektrische Lasten tatsächlich richtig gemacht. Der Fehler war der Grad der Konnektivität und Geschwindigkeit dieser Netzwerke. Die Ingenieure wussten, dass elektrische Servolenkungssysteme bei Spitzenunterstützungsstufen mehr als 60 Ampere verbrauchen können. Die Bewältigung dieser Belastungen des elektrischen Systems könnte schwierig sein. Wenn das elektrische Servolenkungssystem nicht mit dem Motorsteuermodul kommunizieren könnte, könnten Motordrehzahl und -leistung schwanken, wenn Unterstützung benötigt wird.

Sie haben vielleicht bemerkt, dass viele inländische und importierte Fahrzeuge mit der Umstellung auf elektrische Servolenkung begonnen haben und Module eingeführt haben, die gleichzeitig die Stromverteilung für das elektrische System eines Fahrzeugs verwalten. Diese Leistungsmodule sind vernetzt und können die durch plötzliche Lenkbewegungen und die Aktivierung der Ventile im ABS-Modul verursachten Lasten bewältigen, die möglicherweise 80 Ampere Strom erfordern.

Die Diagnose elektrischer Servolenkungssysteme erfordert Kenntnisse über Spannung, Strom und Lasten. Außerdem muss ein Techniker verstehen, wie die Module und Sensoren zusammenarbeiten, um den Grad der Unterstützung zu bestimmen.

Die meisten elektrischen Servolenkungssysteme verwenden einen Elektromotor. Einige Motoren sind bürstenlos aufgebaut und haben einen Betriebsspannungsbereich von 9 bis 16 Volt.

Der Motor verwendet einen Rotationssensor, der seine Position bestimmt. Wenn bei einigen Systemen das Modul ausgetauscht oder die Spur geändert wurde, müssen die Endanschläge des Lenksystems gelernt werden, damit der Motor die Zahnstange nicht über den maximalen Lenkwinkel hinaus drückt. Dies könnte ein zusätzlicher Schritt zusätzlich zur Kalibrierung des Lenkwinkelsensors sein. Der Motor kann an die Zahnstange oder Lenksäule angeschlossen werden. Heutzutage verwenden immer mehr Fahrzeuge Motoren, die an der Basis des Lenkgetriebes oder am gegenüberliegenden Ende der Zahnstange montiert sind.

Ein elektrisches Servolenkungsmodul ist mehr als nur eine Platine und Anschlüsse in einem Aluminiumgehäuse. Das Modul enthält die Treiber, Signalgeneratoren und MOSFET-Schalter, die den Elektromotor mit Strom versorgen und steuern. Das Modul enthält außerdem eine Stromüberwachungsschaltung, die die vom Motor verbrauchte Stromstärke misst. Der Stromwächter und andere Eingänge ermitteln die Temperatur des Motors mithilfe eines Algorithmus, der sogar die Umgebungstemperaturen berücksichtigt.

Wenn das System einen Zustand erkennt, der zu einer Überhitzung des Motors führen könnte, reduziert das Modul die zum Motor fließende Strommenge. Das System wechselt möglicherweise in einen ausfallsicheren Modus, generiert einen DTC und warnt den Fahrer mit einer Warnleuchte oder einer Meldung.

Die Messung des Lenkradpositionswinkels und der Drehgeschwindigkeit liefert wichtige Informationen für elektrische Servolenkungssysteme. Der Diagnose-Tester zeigt diese Informationen normalerweise in Grad an. Der Lenkwinkelsensor (SAS) ist typischerweise Teil eines Sensorclusters in der Lenksäule. Das Sensorcluster verfügt immer über mehr als einen Lenkpositionssensor. Einige Sensorcluster verfügen über drei Sensoren zur Bestätigung der Daten. Einige SAS-Cluster und Sensormodule sind an einen CAN-Bus angeschlossen. Das SAS-Modul oder -Cluster kann über einen CAN-Bus direkt mit dem ABS/ESC-Modul verbunden werden oder Teil des gesamten CAN in einer Schleife sein, die verschiedene Module im Fahrzeug verbindet.

Der Lenkmomentsensor misst die vom Fahrer aufgebrachte Lenkkraft und ermöglicht eine feinfühlige Steuerung der elektrischen Lenkunterstützung. Es erfüllt die gleiche Funktion wie ein Schieberventil in einem hydraulischen Servolenkungssystem.

Das elektrische Servolenkungssystem ist typischerweise Teil des Hochgeschwindigkeits-CAN-Busses im Fahrzeug. In diesem Netzwerk befindet sich das ECM für den Motor und das ABS/Stabilitätskontrollsystem. Diese Module tauschen Informationen über Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel und Motorbetrieb aus. Andere Informationen, wie etwa die Umgebungstemperatur, werden über Gateway-Module wie das Kombiinstrument weitergegeben.

Die geteilten Informationen können zur Lösung mechanischer Probleme wie Drehmomentlenkung bei Fahrzeugen mit Frontantrieb genutzt werden. Das ECM empfängt möglicherweise die Eingabe vom Gaspedal, was darauf hinweist, dass der Fahrer bei niedriger Geschwindigkeit des Fahrzeugs Vollgas geben möchte. Die Informationen könnten vom Servolenkungsmodul verwendet werden, um bestimmte Drehmomentniveaus hinzuzufügen, um der Drehmomentlenkung entgegenzuwirken. Das ABS-Modul kann auch die Bremsen betätigen, um das Fahrzeug zu lenken.

Das elektrische Servolenkungssystem verfügt über eine hochentwickelte Software, die nicht nur die Stärke der Unterstützung, sondern auch das Lenkgefühl für den Fahrer regulieren kann. Die Software regelt auch die Temperatur des Motors. OEMs veröffentlichen häufig Updates für das Servolenkungsmodul. Diese Updates können dabei helfen, zeitweise auftretende Probleme und Codes zu beheben, die dazu führen können, dass das Licht aufleuchtet und das System in einen ausfallsicheren Modus wechselt.

Eine elektrische Servolenkung kann dabei helfen, die Lenkung nach einer Kurve wieder in die Mitte zu bringen. Informationen vom Lenkpositionssensor verhindern, dass das System die Mittelposition „überschreitet“. Diese Funktion ist bei heutigen Fahrzeugen mit Felgen mit großem Durchmesser von entscheidender Bedeutung. Die Rücklauffunktion ermöglicht einen weniger positiven Nachlauf, um die Fahrzeugstabilität zu erhöhen und das Lenkgefühl zu verbessern.

Eine elektrische Servolenkung kann dazu beitragen, Stöße im Lenkrad aufgrund von Fahrbahnunebenheiten zu dämpfen. Es verwendet Geschwindigkeits- und Lenkradpositionsinformationen, um den Dämpfungsgrad zu bestimmen. Manchmal wechselte die Lenkung in diesen Modus, während das Fahrzeug mit laufendem Motor geparkt war, und der Fahrer bemerkte möglicherweise kleine Bewegungen am Lenkrad.

Ein kleiner Zug, der durch Reifen, Straßenkrone und Lasten verursacht wird, kann durch die elektrische Servolenkung eliminiert werden. Der Motor kann helfen, gegen den Zug zu drücken. Einige Systeme lernen, wie ein Fahrzeug zieht. Irgendwann kompensiert das System automatisch. Sie können diese erlernte Kompensation mit einem Diagnose-Tester löschen.

Mit genaueren Daten und schnelleren Modulen leistet der Elektromotor im Rack weit mehr als nur die Unterstützung des Fahrers. Mit nur wenigen weiteren Sensoren und neuer Software kann das Fahrzeug selbstlenkend werden.

Kann man nicht parallel parken? Montieren Sie einige Näherungssensoren in den Stoßfängern, die für ein Parkassistenzsystem verwendet werden können, das ein Fahrzeug parallel einparken kann. Der Fahrer muss lediglich Gas und Bremse betätigen.

Wenn Sie Front- und Rückkameras sowie Näherungssensoren zu den Seitenspiegeln hinzufügen, erhalten Sie ein Spurhaltesystem, das erkennen kann, wenn das Fahrzeug von der Spur abweicht. Milde Systeme können das Rad erschüttern, als würden sie auf einen imaginären Rumpelstreifen treffen; Aggressivere Systeme können eingreifen und das Fahrzeug zurück auf die Spur lenken.

Elektrische Servolenkungen können normalerweise nicht durch das Werfen von Teilen repariert werden. Der Austausch des Racks und des Moduls kann sehr teuer sein. Lenkwinkel- und Drehmomentsensoren sind aufgrund ihrer Position an der Lenksäule schwierig auszutauschen.

Der beste Ansatz zur Diagnose dieser Systeme besteht darin, die Eingänge, Codes und das Netzwerk mit einem Scan-Tool zu untersuchen, noch bevor die Komponenten physisch überprüft werden. Sie müssen sich die Daten der Sensoren ansehen, um sicherzustellen, dass sie keine fehlerhaften Informationen liefern. Schauen Sie sich auch die anderen Module am CAN-Bus an, um zu sehen, ob sie kommunizieren. Fehlende Daten wie Fahrzeuggeschwindigkeit oder Gierneigung können dazu führen, dass das System in einen ausfallsicheren Modus wechselt.

Ford, Audi, Mercedes-Benz, Honda und GM führen auf einigen Plattformen Lenksysteme mit variabler Übersetzung ein. Einige Autohersteller nennen dies auch adaptive Lenkung.

Eine Lenkung mit variablem Übersetzungsverhältnis verändert das Verhältnis zwischen den Aktionen des Fahrers am Lenkrad und der Drehung der Vorderräder. Bei der Lenkung mit variabler Übersetzung ändert sich die Übersetzung kontinuierlich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit und optimiert so die Lenkreaktion unter allen Bedingungen.

Bei niedrigeren Geschwindigkeiten, etwa beim Einparken oder Rangieren auf engstem Raum, sind weniger Lenkradumdrehungen erforderlich. Die adaptive Lenkung macht das Fahrzeug agiler und lässt sich leichter wenden, da sie mehr Lenkkraft auf das Straßenrad überträgt.

Bei Autobahngeschwindigkeit optimiert das System die Lenkreaktion, sodass das Fahrzeug sanfter auf jede Lenkeingabe reagiert. Systeme von Ford und Mercedes-Benz verwenden einen präzisionsgesteuerten Aktuator im Lenkrad und erfordern keine Änderungen am herkömmlichen Lenksystem eines Fahrzeugs.

Der Aktuator ist ein Elektromotor- und Getriebesystem, das im Wesentlichen die Lenkeingaben des Fahrers ergänzen oder verkleinern kann. Das Ergebnis ist ein besseres Fahrerlebnis bei allen Geschwindigkeiten, unabhängig von Fahrzeuggröße oder -klasse.