Aktuelle einblicke in technische innovAtionen
Ausgabe 4 / APRIL 2015
4LENKUNG ein für die aktive Sicherheit verantwortliches Element
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In dIeser AusgAbeeInführung 2 hIntere
LenkAchsen 10hydrAuLIsche servoLenkung 3 technIsche
hInweIse 14
eLektrIsche LenkhILfe 5
störungen 12
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Die Hauptkomponenten einer Zahnstangenlenkung lassen sich von der Betätigung des Fahrers bis hin zur Lenkbewegung der Räder folgendermaßen darstellen.
1. Lenkrad. Das Lenkrad befindet sich am Ende der Lenksäule. Seine durch den Fahrer erzeugte Drehbewegung ermöglicht über die Drehung der Lenksäule eine lineare Bewegung der Zahnstange und somit gleichzeitig eine lineare Bewegung der Antriebsräder des Fahrzeuges.
2. Lenksäule. Die Lenksäule ist die Verbindungsstange zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe, welche den vom Fahrer ausgeübten Drehmoment weiterleitet. Ihr Aufbau erfolgt unter sicherheitstechnischen Aspekten, um im Falle eines Frontalzusammenstoßes die Verletzungsgefahr für den Fahrer auf ein Minimum zu reduzieren.
3. Lenkgetriebe oder Zahnstange. Die Zahnstange ist das entscheidende Element der Lenkung, da sie die Aufgabe hat, die
Dieses Lenksystem besteht aus einer reihe von vorrichtungen, mit Denen Die vorDerräDer über Die Drehbewegung Des im Fahrzeuginnern beFinDLichen LenkraDs gesteuert werDen können.gegenwärtig ist Die Lenkung ein Für Die aktive sicherheit Des Fahrzeugs verantwortLiches eLe-ment. sie beeinFLusst Die FahrstabiLität, Da sie DaFür sorgt, Dass kein raD von Den anDeren räDern mitgezogen wirD, was Durch Die spur- unD sturzeinsteLLung in kombination mit Der geometrie Des vorDeren unD hinteren Fahrwerks erreicht wirD.
eine gute FahrstabiLität wirkt sich Direkt aLs ein mehr an komFort unD sicherheit aus.Die Funktion Der servoantriebe währenD Des Lenkens Des Fahrzeuges wurDe massgebLich wei-terentwickeLt, unD Die hyDrauLische antriebstechnoLogie verzeichnet einen Logischen rückgang gegenüber Der verstärkt eingesetzten eLektromechanischen technoLogie.Die Lenksysteme haben sich mit Der zeit FortentwickeLt, Da mehr auF sicherheit unD vor aLLem auF FahrtkomFort gesetzt wirD. heute gibt es kompakte systeme auF Dem markt, bei Denen auch Die hinterräDer mitLenken.
vom Lenkrad produzierte Drehbewegung in eine Linearbewegung der Spurstangen umzuwandeln, die wiederum auf die Achsschenkel wirken und so die Räder in die vom Fahrer gewünschte Richtung bewegen.Die Zahnstange ist aufgrund der einfachen Wartung und der geringen Produktionskosten der ideale Mechanismus für PKW. Um den Kraftaufwand zu verringern, werden Servoantriebe eingesetzt, die entweder hydraulisch oder elektromechanisch arbeiten, um den Fahrkomfort und die Sicherheit beim Fahren zu erhöhen.Bei der Arbeitsweise der Zahnstange werden unterschiedliche Faktoren berücksichtigt, wie das Untersetzungsverhältnis und der Wendekreis des Fahrzeuges.Das Untersetzungsverhältnis erfordert mehr oder weniger Drehung am Lenkrad, um den richtigen Kurvenradius zu erreichen. Je geringer der Wenderadius des Fahrzeuges, umso einfacher und problemloser fährt es sich im Stadtverkehr oder auf kurvigen Straßen. In diesem Fall spielen die Größe der Karosserie und der Achsabstand eine entscheidende Rolle.Gegenwärtig lassen sich bei Fahrzeugen unterschiedliche Servounterstützungen einbauen. Die jeweils eingesetzte Technologie hängt vom Fahrzeugtyp und dessen Gebrauch ab.
HydrauliscHe servolenkung
lenkungsarten
Mechanischer antrieb der Hydraulikpumpe
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Dieses Lenksystem besitzt eine hydraulische Ser-vounterstützung bei der eine über einen Hilfsriemen der Wärmekraftmaschine mechanisch betriebene Öl-pumpe den Drehmoment auf die Hydraulikpumpe überträgt und dabei einen proportional zu den Um-drehungen der Wärmekraft-maschine entsprechenden Öldurchfluss und -druck erzeugt.Die Servounterstützung verbessert den Fahrkomfort für den Fahrer beim Ein- und Ausparken oder beim Fahren mit geringer Geschwindigkeit. Die Hydraulikpumpe ist innen mit einigen Druckregelventilen ausgestattet, die bei geringeren Drehzahlen der Wärmekraftmaschine mehr und bei höhe-ren Drehzahlen weniger Servounterstützung liefern, da diese im zweiten Fall nicht erforderlich ist.Das Hydrauliksystem besteht aus einer Reihe von gemeinsamen Bautei-len, wie die Hydraulikpumpe, ein Kühlkreislauf, ein Wege- oder Drehschie-berventil und ein Hydraulikzylinder.Die Hydraulikpumpe sorgt für den erforderlichen Öldurchfluss und -druck, um die Zahnstange entsprechend zu unterstützen. Die am häufigsten verwendeten Pumpen sind die sogenannten Drehschieber- und Zahnrad-pumpen.
HauptkomponentenDrehschieberpumpeDas Pumpengetriebe ermöglicht es, dass sich die Drehschieber im Innern durch die Zentrifugalkraft öffnen und sich so der ovalen Form der Ölkam-mer anpassen. Die Ölkammer ist normalerweise mit Ein- und Ausgangs-öffnungen ausgestattet. Die Drehschieber ziehen das Öl von der Ansaug-öffnung, lassen es durch das variable Volumen der Kammer laufen und erhöhen damit den Öldruck auf den erforderlichen Betriebswert.
ZahnradpumpeDas Funktionsprinzip basiert auf zwei ineinandergreifende Zahnräder, wobei eines das Antriebs- und das andere das Abtriebszahnrad ist. Das Zusammenspiel beider Zahnräder erzeugt eine Volumenänderung so-wie eine Erhöhung des Öldrucks.Das Öl wird in Richtung Hydraulik-system gefördert, um dort die Zahn-stange mit der notwendigen Ser-vounterstützung zu versorgen.
Im Innern der Pumpe befinden sich verschiedene Hydraulikregler, de-ren Funktion es ist, den erforderlichen Öldruck einzustellen und kon-tinuierlich aufrechtzuerhalten, damit es bei der Servounterstützung, insbesondere beim Ein- und Ausparken, zu keinem Leistungsverlust kommt.
Hydraulische Unterstützung durch mechanische Pum-pen
Das von der Hydraulikpumpe kommende Öl wird zum Wege- oder Drehschieberventil geleitet, das sich oberhalb der Zahnstan-ge befindet.
Dieses Ventil hat die Aufgabe, das Öl in den Hydraulikzylinder zu leiten, der sich normalerweise innerhalb der Zahnstange befin-det.
Wenn keine Servounterstützung erforderlich ist, fließt das Öl zum Öl-behälter zurück.
Funktionsweise
Die Kolben bewegen sich in axialer Richtung je nach der von der Ser-vounterstützung angeforderten Durchflussmenge und dem Öldruck.
Wenn das Lenkrad sich in Ruhestellung befindet, verteilt sich der Öl-
HydrauliscHe
servolenkung
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druck gleichmäßig in beiden Kolben und hebt somit den Druckunter-schied auf, sodass keine Servounterstützung vorhanden ist und das nicht verwendete Öl in den Ölbehälter zurückfließt.
Durch das Drehen des Lenkrads verdreht sich der Torsionsstab je nach der am Lenkrad ausgeübten Kraft und dem Drehwiderstand der Räder.
Das Wegeventil macht die Durchflußwege frei, die mit den Zylinder-kammern in Verbindung stehen, indem es die Kolben je nach dem vom Fahrer gewünschten Lenkeinschlag bewegt.
Das Wegeventil leitet den Öldruck an den der angewandten Drehrich-tung entgegengesetzten Kolben, erzeugt damit einen hydraulischen Druckunterschied in den Kammern und versorgt das am Lenkrad ange-wandte Drehmoment mit Servounterstützung.
Das Öl wird kontinuierlich in das Innere des Hydraulikkreises zurückbe-fördert, sodass es seine chemischen Eigenschaften beibehält, um ein optimales Funktionieren für die Servolenkung zu gewährleisten.
Der Aufbau dieser Servounterstützung ist dem der konventionellen Ser-volenkung ähnlich. In diesem System werden der für die hydraulische Servounterstützung erforderliche Öldruck und -durchfluss von einer Elek-tropumpe erzeugt, die unabhängig von der Wärmekraftmaschine arbeitet.
Dieses System ist heutzutage mit einem Kontrollgerät ausgestattet, das Signale von verschiedenen Sensoren, u. a. auch Informationen vom CAN-BUS erhält und abhängig von diesen Informationen das Leistungssignal für die Elektropumpe reguliert.
Die elektrohydraulische Servolenkung hat folgende Vorteile:
• Mehr Komfort und eine einfachere Handhabung bei wiederholten Lenk-vorgängen.
• Eine verbesserte aktive Sicherheit, da die sich anpassende Servounter-stützung für mehr Lenkpräzision sorgt.
• Sie optimiert die Anzahl der Komponenten, da sie sich durch den CAN-BUS die Signale der anderen Systeme zunutze macht.
• Sie vereinfacht das System und macht es kompakter, da sich die Mehr-zahl der Komponenten im Elektrohydraulik-aggregat befinden, sodass sie leichter im Motorraum zu errei-chen sind.
• Sie spart Kraftstoff; das Elektrohydraulikaggre-gat arbeitet unabhän-gig vom Motor und es gibt keinen Riemenan-trieb.
• Das elektronische Steuersystem ermöglicht maximale Durchflussmen-gen im Leerlauf und erhöht so die Servounterstützung beim Ein- und Ausparken.
Gegenwärtig gibt es auch Kontrollsysteme, die den für die Servounter-stützung notwendigen Druck über ein am Gehäuse des Drehschieber-ventils befindliches Elektromagnetventil regulieren.
Grundsätzlich hat dieses Elektromagnetventil die Aufgabe, den Druck in einer der Kammern zu reduzieren, um das Öl in den Kreislauf zurück-zufördern. Damit lässt sich der Druck in jeder Situation je nach den vom Lenkungssteuergerät erhaltenen Daten regulieren.
elektrischer antrieb der Hydraulikpumpe
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Servolenkungen haben sich in technologischer Hinsicht ständig weiterent-wickelt und die Hydraulikkreise verlieren durch die Entwicklung der elekt-romechanischen, durch ein Steuergerät kontrollierten Systeme nach und nach an Bedeutung.
Der Einsatz einer elektrischen Servolenkung verringert die Umwelt-belastungen, da kein Hydrauliköl verwendet wird, und spart zudem Kraftstoff, da der Elektromotor nur dann arbeitet, wenn der Fahrer das Lenkrad dreht.
Hauptkomponenten
Die elektrohydraulische Servolenkung besteht aus drei verschiedenen Ar-beitseinheiten, der elektrischen, der hydraulischen und der mechanischen.
Elektroeinheit
Die Hauptkomponenten dieser Einheit sind der Elektromotor, das Steuergerät und die verschiedenen Sensoren, die üblicherweise eine kompakte Baugrup-pe bilden.
Hydraulikeinheit
Die Komponenten der Hydraulikeinheit sorgen jederzeit für den notwendigen Öldurchfluss und -druck, um dem Fah-rer die gewünschte Servounterstützung zu bieten. Die Einheit besteht aus Hy-draulikpumpe, Druckbegrenzungsventil und Ölbehälter, die gemeinsam eine Baugruppe bilden.
Das Funktionsprinzip einer Hydraulik-Zahnradpumpe basiert auf einem Elek-tromotor, bei dem der Rotor das An-
triebszahnrad ist, das in ein Abtriebszahnrad eingreift. Über eine Kammer wird das Öl direkt aus dem Behälter angesaugt und in den Hydraulikkreis gefördert.
Der Ausgangsdruck des Öls wird von einem Ventil kontrolliert und be-grenzt, um mögliche Schäden zu verhindern, die sich aufgrund eines zu hohen Öldrucks ergeben könnten.
Das Drehschieberventil hat die Aufgabe, das von der Hydraulikeinheit stammende Öl entsprechend der Anforderung des Fahrers entweder in die Kammern des Servozylinders oder in den Ölbehälter zu leiten.
Mechanische Einheit
Aufbau und Funktion der mechanischen Komponenten der Zahnstange sind ähnlich der einer Servolenkung mit Hydraulikpumpe.
elektriscHe
lenkHilfe
elektriscHe lenkHilfe
servounterstützung der Zahnstange
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Das Lenkungssteuergerät bestimmt den für die Servounterstützung erforderlichen Drehmoment in Abhängigkeit verschiedener Größen wie:•Das Signal des am Lenkrad angewandten Drehmoments•Das Signal des Lenkeinschlagwinkels •Die Fahrzeuggeschwindigkeit •Die Leerlaufdrehzahl der Wärmekraftmaschine •Die dem Steuergerät zugeordneten Merkmale
Auf Grundlage der vorstehenden Parameter reguliert das Servo-Steu-ersystem jederzeit die Ansteuerung des Elektromotors und sorgt somit stets für eine optimale Lenkbewegung für den Fahrer.Um die einwandfreie Funktion des Systems zu gewährleisten, nutzt das Lenkungssteuergerät die Signale vom Lenkmomentsensor, Lenk-radwinkelsensor, Rotordrehzahl-Sensor und Wärmesensor. Außerdem
kommuniziert es über den CAN-BUS mit anderen Steuereinheiten, um Daten zu liefern oder auszutauschen, die für die Steuerung des Sys-tems erforderlich sind.
Die Aktivierung des elektrischen Systems erfolgt automatisch in Abhän-gigkeit der Bedürfnisse des Fahrers während der Fahrt oder beim Ein- und Ausparken, also nur dann, wenn zusätzliche Servounterstützung benötigt wird. Die Stärke der Servounterstützung hängt dabei von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und dem Lenkeinschlagwinkel ab.
Die Servounterstützung wird über einen an der Zahnstange befindli-chen Elektromotor erzeugt. Der Motor überträgt den Drehmoment über ein in die Zahnstange greifendes Antriebszahnrad an diese weiter.
Das Steuergerät steuert den Elektromotor je nach der vom Fahrer angeforderten Servounterstützung an, sodass die Drehbewegung am Lenkrad erleichtert wird und die Bewegungen während der Fahrt jeder-zeit präzise auf das Lenkrad übertragen werden.
Die Vorteile einer Servolenkung mit elektrischem Antrieb im Vergleich zu einer hydraulischen Servolenkung liegen auf der Hand, da zum einen die Komponenten wegfallen, die zur Erzeugung des Hydraulik-drucks erforderlich sind und zum anderen das komplette entsprechen-de Leitungsnetz entfällt. Und dadurch, dass kein Hydrauliköl verwendet wird, reduzieren sich auch die Auswirkungen auf die Umwelt.
Das komplette System nimmt weniger Platz in Anspruch, da alle Kom-ponenten direkt an der Zahnstange befestigt sind. Die im Betrieb auf-tretenden Geräusche werden, ebenso wie der Kraftstoffverbrauch, drastisch reduziert, da der Elektromotor nur dann arbeitet, wenn es vom Fahrer benötigt wird.
Übersichtsdiagramm des servo-steuersystems
steuerung der elektromechanischen servolenkung, Bauteile und ihre funktionen
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Lenkmomentsensor
Dieser ist üblicherweise im Innern der Zahnstan-ge auf der Lenksäule und zwar neben dem Lenkrit-zel befestigt.
Er funktioniert nach dem magnetoresistiven Prinzip und besitzt einen aus 24 Magneten abwechseln-der Polarität bestehenden Magnetring mit einem Winkel von jeweils 5° pro Pol sowie einen auf Ände-rungen des Magnetfelds reagierenden Doppelsen-sor.
Das Zahnritzel besteht aus drei mechanischen Bauteilen: Welle, Schne-ckengetriebe und Tor-sionsstab.
(1) An der Welle befin-det sich der Magnet-ring des Sensors.
(2) Das Schnecken-getriebe befindet sich oben an der Welle und greift unten in die Zahnstange ein
(3) Am oberen Ende des Schneckengetrie-bes befindet sich der Doppelsensor.
Der Sensor erkennt den Versatzwinkel des Torsionsstabes in Be-zug auf die Zwischen-welle.
Dieser Versatz bestimmt die Verdrehung und erzeugt ein zu dieser Verdrehung proportionales Drehmomentsignal, das an das Steuergerät weitergeleitet wird.
Lenkradwinkelsensor
Dieser Sensor befindet sich an der Lenksäule, und das von ihm erzeug-te Signal wird vom Steuergerät der Lenksäule verarbeitet, um damit den Winkel und die Drehgeschwindigkeit des Lenkrads zu berechnen.
Es ist ein goniometrischer Sensor, der nach dem Lichtschrankenprinzip funktioniert. Er besteht aus zwei codierten Ringen, sieben Lichtquellen, sieben optischen Sensoren und einer Steuerelektronik.
Jede Lenkradposition entspricht einem Winkelbereich der Ringe, sodass das von jeder Lichtquelle ausgesendete Lichtbündel vom jeweiligen op-tischen Sensor erkannt wird, der dann eine Stromspannung erzeugt.
Das Steuergerät der Lenksäule wandelt diese Signale in binäre Mel-dungen um, die dann über den CAN-BUS vom Lenkungssteuergerät in Form von Korrektursignalen für die Servounterstützung verwendet werden.
Lenkungssteuergerät
Das Gerät ist normalerweise am Zahnstangenblock befestigt und bildet zusammen mit dem Elektromotor eine Einheit. In seinem Innern sind zwei Sensoren untergebracht, ein Wärmesensor und ein Rotordrehzahl-Sensor. Das Steuergerät überprüft über den Wärmesensor kontinuier-lich die Temperatur der Leistungsendstufe, um sie vor eventuellen Über-temperaturen zu schützen.
Der Rotordrehzahl-Sensor erfasst in jedem Moment die tatsächliche Drehzahl des Rotors. Dieser Parameter ist wichtig, damit das Steuer-gerät die Ansteuerung des Elektromotors so präzise wie möglich bestimmt.
Das Lenkungssteuergerät kommuniziert über den CAN-BUS mit den übrigen Gerä-ten, die an der einwandfreien Funktion der Servolenkung mit beteiligt sind. Es bewertet und korrigiert jede einzelne Fahrsituation des Fahrzeugs, indem es sich den Lenkbe-wegungen des Fahrers äu-ßerst präzise anpasst.
elektriscHe
lenkHilfe
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In diesem Fall be-findet sich die Ser-vounterstützung an der Lenksäule und wird über ei-nen Elektromotor erzeugt. Dieses Servolenkungssys-tem unterstützt die Steuerbewegungen des Fahrers.
Das Funktionsprin-zip des Systems ist
dem der Servounterstützung der Zahnstange ähnlich. Es funktioniert ab-hängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und vermittelt dem Fahrer das Gefühl der Direktlenkung ohne die vom Straßenbelag hervorgerufe-nen Einflüsse.
Das System ist in einer kompakten Einheit zusammengefasst, in der sich alle für das Steuermanagement erforderlichen Komponenten befin-den, wie Steuergerät, Elektromotor, Drehmomentsensor, Lenkradwinkel-sensor und Wärmesensor. Auf diese Art und Weise entfällt die Verkabe-lung.
Das an der Lenksäule angeschlos-sene Elektromotorgetriebe besteht aus Stahl, der ebenfalls an der Lenk-säule befestigte Zahnkranz hingegen in der Regel aus gestanztem Kunst-stoffmaterial. Beide Zahngetriebe sorgen für eine Untersetzung des Drehzahlverhältnisses von 22:1.
Bei Ausnahmesituationen oder Störungen der Servolenkung wird der Fah-rer über eine Kontrollleuchte auf die Tragweite der Störung aufmerksam gemacht. Bei geringeren Vorfällen leuchtet die Kontrollleuchte gelb auf und bei ernsten Problemen rot, was bedeutet, dass man unverzüglich die Werkstatt aufsuchen sollte.
Rückdrehung aktiviert
Wenn der Fahrer keine Kraft mehr am Lenkrad ausübt, entspannt sich der Torsionsstab proportional und die Servounterstützung wird verringert. Um diese Funktion auszuführen, erkennt das Steuergerät die je nach Unter-stützungsgrad angewandten Parameter.
Abhängig von der Geschwindigkeit, mit der der Fahrer das Lenkrad zu-rückdreht, sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet das Steuergerät den vom Elektromotor zu erbringenden Rückdrehmoment, damit die Rä-der in ihre Ausgangsstellung, den Geradeauslauf, zurückkehren. Korrektur des Geradeauslaufs
Damit die Räder automatisch wieder in die Geradeausstellung zurückkeh-ren, wird ein für die Servounterstützung erforderlicher Drehmoment ange-wandt, sofern auf das Lenkrad kein Kraftmoment ausgeübt wird.
Um Brüche oder Störungen am Lenksystem durch den “mechanischen Anschlag” zu vermeiden begrenzt das Steuergerät die Servounterstüt-zung auf 5 Grad vor Erreichen des Zahnstangenendes.
Die Servounterstützung wird von Ein- und Ausgangssignalen geregelt, welche das Lenkungssteuergerät erhält, das kontinuierlich die vom Dreh-moment- bzw. Lenkradwinkelsensor registrierten Daten auswertet. Mit
diesen Daten reguliert das Steuergerät dann die Ansteuerung des Elek-tromotors, in Abhängigkeit von der vom Fahrer geforderten Servounter-stützung.
servounterstützung der lenksäule
Übersichtsdiagramm für die elektrische Servounterstützung der Lenksäule
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Funktionsweise des Systems
Wenn der Fahrer das Lenkrad in die gewünschte Richtung dreht, dann kommt es zu einem Versatz des Torsionsstabes, der dem Lenkungssteu-ergerät daraufhin die entsprechenden Signale für die am Lenkrad ausge-übte Kraft, Drehrichtung und Geschwindigkeit übermittelt.
Wenn der Fahrer die am Lenkrad ausgeübte Kraft erhöht, dann erhöht sich auch der für die Servounterstützung erforderliche Drehmoment am Elektromotor, sodass sich das Zahnrad leichtgängig bewegen lässt.
Im gegenteiligen Fall verringert sich der Versatz des Torsionsstabes und das Lenkungssteuergerät korrigiert die Ansteuerung des Elektromotors durch eine geringere Servounterstützung der Lenksäule.
Die Summe aus dem am Lenkrad ausgeübten Drehmoment und dem für die Servounterstützung erforderlichen Drehmoment ist der an der Zahn-stange wirkende effektive Drehmoment.
Aufgrund der Geometrie des vorderen Fahrwerks neigen die Räder dazu, sich in die Geradeausstellung zurückzudrehen. Wenn der Rückdrehmo-ment die Summe des aus dem am Lenkrad ausgeübten Drehmoments und dem für die Servounterstützung erforderlichen Drehmoments über-steigt, dann beginnt das Servolenkungssystem mit der Rückdrehung bis zur Geradeausstellung der Räder.
Einige Fahrzeugmarken verfügen über einen mit “CITY” bezeichneten Schalter, der auch durch ein Lenkrad-Symbol gekennzeichnet wird. Er hat die Funktion, die Servolenkung noch weicher zu machen, damit sich das Lenkrad mit weniger Kraftaufwand drehen lässt und anspruchsvolle Fahr-situationen einfacher zu handhaben sind.
Über das CAN-Bus-Netz steht das Lenkungssteuergerät mit dem Motor-steuergerät und dem ABS-Steuergerät in Verbindung, um die Servolen-kung so präzise wie möglich zu regulieren.
Im Falle einer Systemstörung wird der Fahrer über Kontrollleuchten im Armaturenbrett über die jeweilige Störung und deren Tragweite informiert.
elektriscHe
lenkHilfe
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funktionsprinzip
Das Lenksystem eines Fahrzeuges sollte so funktionieren, dass die Ser-vounterstützung am Lenkrad umso geringer ausfällt, je höher die Fahrge-schwindigkeit ist, auch wenn andere Faktoren wie das Untersetzungsver-hältnis und der Wenderadius ebenfalls eine große Rolle spielen.So lassen sich z. B. Fahr-zeuge mit einer kleineren Untersetzung bei geringer Geschwindigkeit besser lenken, haben jedoch bei höheren Geschwindigkeiten ein instabileres Verhalten. In Bezug auf den Wende-radius geht man davon aus, dass Fahrzeuge mit einem kleinen Wenderadius sich besser in der Stadt oder auf kurvigen Straßen lenken und auch einfacher einpar-ken lassen, aber ebenfalls bei höheren Geschwindig-keiten ein instabileres Ver-halten an den Tag legen. Einige Fahrzeugherstel-ler setzen auf den Einsatz variabler Lenksysteme, bei denen man das Untersetzungsverhältnis der Zahnstange oder den Wenderadius verändern kann. Keines dieser Sys-teme ermöglicht jedoch bis dato eine Verringerung des Wenderadius bei gleichzeitiger Verbesserung der Fahrdynamik. Dies geht auf den Einbau der Lenkung an der Vorderachse zurück, was durch die Verlagerung der Trägheitsmassen zu verstärktem Wanken der Karosserie führt; die Fede-rung muss deshalb sehr hart ausfallen, wenn man hier Stabilität haben möchte, was wiederum weniger Komfort bedeutet.Um dieses Problem so gut wie möglich in den Griff zu bekommen, sind die Fahrwerke einiger Fahrzeugmodelle mit vier Lenkrädern ausgestattet, bei denen die hintere Lenkachse die Lenkung des Fahrzeuges erleichtert, für mehr Zuverlässigkeit und Sicherheit sorgt und den Einbau einer weiche-ren Federung ermöglicht, um so den Fahrkomfort zu erhöhen.Bei so einem System passt sich der Einschlagwinkel der Hinterräder der Fahrzeuggeschwindigkeit an und unterstützt so den Fahrer dabei, jeder-zeit die richtige Spur zu halten. Bei höheren Geschwindigkeiten lenken die Hinterräder in die gleiche Richtung wie die Vorderräder, verringern da-mit das Wanken in den Kurven und verbessern die Fahrsicherheit, ohne auf eine härtere Federung zurückgreifen zu müssen. Bei geringen Ge-
schwindigkeiten hingegen lenken die Hinterräder in die der Vorderräder entgegengesetzte Richtung, verringern so den Lenkeinschlagwinkel und erleichtern das Lenken in engen Kurven.In jedem Fall ist die Lenkbewegung der Hinterräder nur gering, sodass bei einem Systemausfall mögliche Antriebsverluste vermieden werden, die zu
einem Unfall führen könnten, jedoch ausreichend, um das Kurvenverhal-ten des Fahrzeuges deutlich zu verbessern.Das System kann im Einklang mit anderen Sicherheitssystemen arbeiten, indem man die Lenkung der Hinterräder aktiviert, um das Fahrzeug bei geringer Straßenhaftung zu stabilisieren. In solch einer Situation verzögert das Steuergerät des Stabilitätskontrollsystems seine Aktivierung und greift nur bei Bedarf ein, während der Fahrer keinerlei Lenkbewegungen aus-führen muss, um die Spur zu halten.
4control-system von renault
Eines der neuesten Vierradlenksysteme ist das von der französischen Automarke Renault unter der Bezeichnung 4Control eingesetzte. Dieses System verfügt über einen an der Hinterachsbrücke befindlichen Elektro-motor, der über ein Gelenk die Teildrehung der Achsschenkel der Hinter-räder bewirkt.
Das Steuergerät des hinteren Lenksystems sorgt in Abhängigkeit der erhaltenen Daten und der spezifischen Vernetzung für die Lenkung der Hinterräder. Diese Vernetzung umfasst drei Anschlüsse:
Hintere lenkacHsen
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1. Anschluss an die Fahrzeuganlage. Darüber wird das Steuergerät versorgt und kommuniziert mit dem CAN-BUS des Fahrzeuges.
2. Anschluss an den Aktor für Sensorinformationen.
3. Anschluss an den Aktor für die Funktion des Elektromotors.
Fahrtrichtung und -winkel hängen hauptsächlich vom Einschlagwinkel des Lenkrads und der Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Diese letzte Angabe ist entscheidend, da die Hinterräder je nach Geschwindigkeit des Fahr-zeuges in die eine oder andere Richtung gedreht werden. Einen ebenso hohen Einfluss haben die sogenannten dynamischen Momentanwerte. Diese Werte gehen aus dem Vergleich und der Speicherung der fortlau-fenden Lenkbewegungen im Laufe der Zeit hervor und ermöglichen es, die Fahrweise und die Kurvigkeit der Straße zu bestimmen bzw. ob man beispielsweise zum Ausweichen eines Hindernisses eine Lenkbewegung ausführt.
Sobald Fahrtrichtung und -winkel bestimmt worden sind, aktiviert das Steuergerät 4Control den Aktor, der sich auf der Hinterachsbrücke befin-det. Dieser ist auf einer Seite über eine Strebe mit einem Ende der Fe-derachse und auf der anderen Seite mit einem Kippsystem verbunden, das sich in der Mitte der Federachse befindet. Am anderen Ende dieses Kippsystems sind die beiden Lenkhebel befestigt, die zu den Achsschen-keln gehen.
Die Befestigung des Aktors am Ende der Hinterachsbrücke erfolgt über ei-nen Silentblock, während er auf der Seite des Kippsystems über ein Dop-pelgelenk befestigt ist. Die beiden Achsschenkel ihrerseits sind oben mit einer gummigelagerten Buchse und unten mit einem Gelenk versehen.
Der Aktor besteht aus einem Elektromotor, einem Positionssensor zur Be-stimmung der absoluten Ausgangslage des Systems sowie drei Hallsen-soren zur Bestimmung der Relativlage, welche das Steuergerät benutzt, um die Position des Elektromotors während des Betriebs zu bestimmen. Wenn der Elektromotor in Betrieb ist, erfolgt eine Drehung der Schnecke, die den Aktor öffnet oder schließt, woraufhin das Kippelement betätigt und infolgedessen der Einschlagwinkel der Räder über die Achsschenkel ver-ändert wird.
Hintere
lenkacHsen
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Drehschieberpumpen neigen zum Blockieren oder Festfressen durch zu hohe Temperaturen in ihrem Innern. Dieser Temperaturanstieg ist durch die Reibung der Bauteile bedingt, was zu Verschleiß führt. Ebenso kann die Verwendung eines ungeeigneten Öls bei der Wartung zu diesem Problem führen.
Bei dieser Art Störung müssen die Übertragungselemente der Pumpe und der Antrieb des Hilfsriemens des Motors, also Riemenscheiben, Rollen oder Rie-menspanner überprüft werden.
Am Pumpenausgang ist zu prüfen, ob der Öldruck dem vom Hersteller vorge-schriebenen Wert entspricht. Bei zu hohem Druck ist die Ursache am internen Druckregler zu suchen, der den Betriebsdruck nicht richtig reguliert. Wenn der Druck zu gering ist, liegt das Problem beim Druckerzeuger, sei es eine Drehschieber- oder Zahnradpumpe; der interne Druck wird dann wegen zu viel Spiel oder einer Blockierung nicht richtig aufgebaut. Bei einigen Pumpen besteht der Druckregler aus einem externen, elektronisch geregelten Aktor.
Hydraulikpumpen können repariert werden; die jeweiligen Hersteller bieten dafür die notwendigen Ersatzteile an, um die ver-schlissenen Teile auszuwechseln. Sollte das Problem nicht durch eine Reparatur gelöst werden können, dann ist die komplette Pumpe auszutauschen.
Elektromotoren für den Antrieb von Hydraulikpumpen führen gewöhnlich langfristig zu Problemen. Die Pumpen können aus-fallen, ungenügende Servounterstützung liefern oder nur sporadisch arbeiten. Auch laute Geräusche im Innern des Elektropumpenaggregats weisen auf eine mögliche Störung hin.
Das erste, was man überprüfen sollte, ist der Zustand der Batterie, da dieses System im Betrieb einen hohen Stromverbrauch aufweist; eine nicht vollstän-dig aufgeladene Batterie kann zu Unregelmäßigkeiten im System führen.
Die Kommunikation zwischen dem Lenkungssteuergerät und dem Motorsteu-ergerät muss stabil sein. Das Lenkungssteuergerät muss mit den für das Mo-tormanagement eingesetzten Sensoren in Verbindung stehen. Hier ist für die Überprüfung ein Diagnosegerät einzusetzen.
In manchen Fällen können die im Elektropumpenaggregat eingesetzten Sen-soren durch falsche Messung zu einem instabilen Betrieb führen. Mithilfe eines Diagnosegeräts kann dies überprüft werden.
Oftmals können die Elektropumpenaggregate nicht repariert und müssen deshalb komplett durch ein neues Aggregat er-setzt werden. In manchen Fällen können die Schäden an den Elektropumpenaggregaten durch Firmen repariert werden, die sich auf diesem Gebiet spezialisiert haben.
Hydraulische servounterstützung durch mechanischen antrieb
Hydraulische servounterstützung durch elektrischen antrieb
Alle Komponenten und Bauteile des Lenksystems werden ständig un-terschiedlichen Belastungen ausgesetzt, wie z. B. Spannungen oder Temperaturen, die während der Fahrt auftreten. Durch die gefahrenen Kilometer kann im Laufe der Zeit an den mechanischen Bauteilen Spiel auftreten, Teile können sich festfressen oder sogar brechen und
so das System außer Kraft setzen.
Die häufigsten Störungen, die hier auftreten können, hängen von der für die Lenkung eingesetzten Servounterstützung ab.
störungen
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Die hier auftretenden Störungen sind den Störungen sehr ähnlich, die auch an der Zahnstange auftreten. Die Lenkung erhält wäh-rend der Fahrt sporadisch keine Servounterstützung mehr, sie funk-tioniert auf einer Seite härter als auf der anderen, oder sie fällt aus, und wenn das Fahrzeug wieder neu startet, funktioniert sie wieder. Es ist zu überprüfen, ob die Versorgungsspannungen des Systems den Herstellerangaben entsprechen und während des Betriebs der Servolen-kung keine Spannungsabfälle aufteten.Die Überprüfung erfolgt mithilfe eines Diagnosegerätes, mit dem die von den Sensoren aufgezeichneten Daten kontrolliert werden; dabei ist zu kontrollieren, ob diese innerhalb der vom Hersteller vorgegebenen Para-meter liegen.Es ist zu überprüfen, ob die CAN-BUS-Kommunikation zwischen Lenkungs- und Motorsteuergerät korrekt erfolgt.Schließlich sollte man darauf achten, dass während des Lenkvorganges keine Geräusche im Innern der Zahnstange auf-treten. Wenn der Ladezustand der Batterie unterhalb des Mindestwertes liegt, ist die Batterie zu überprüfen und ggf. durch eine neue zu ersetzen. Ebenso ist die von der Lichtmaschine erzeugte Spannung zu überprüfen; sollte diese nicht stimmen, dann ist das Problem am Ladesystem der Batterie zu suchen.
Diese Servolenkungssysteme können von Fachleuten auf diesem Gebiet repariert werden. Die häufigsten Störungen las-sen sich entweder durch eine Reparatur des Steuergeräts, also eines elektronischen Bauteils, oder über eine Software-Aktualisierung wieder in Ordnung bringen.
Die häufigsten Störungen sind auf eine schwergängige Len-kung zurückzuführen, was durch fehlende bzw. nur einseiti-ge Servounterstützung hervorgerufen wird; außerdem kann das System auch sporadisch ausfallen. Die an der Zahnstange vorhandenen Elektromotoren verlie-ren ihre Servounterstützung aufgrund falscher Motorversor-gung, von Anschlussfehlern oder durch falsche Werte des am Torsionsstab befindlichen Lenkradwinkelsensors oder Drehmomentsensors. Andere Störungen können aufgrund von zu viel Spiel der mechanischen Bauteile zu internen Geräuschen der Zahnstange führen. Es sind sowohl die Anschlüsse der Batterie als auch des Systems sowie die Batteriespannung zu überprüfen. Sollte diese unterhalb des Mindestwerts liegen, kann der Elektro-motor während des Lenkens nicht ausreichend Servounterstützung liefern.Mithilfe eines Diagnosegerätes ist zu überprüfen, ob die Sensoren innerhalb der vom Hersteller festgelegten Grenzen mes-sen. Ebenso muss geprüft werden, ob die Kommunikation zwischen dem Lenkungs- und dem Motorsteuergerät stabil ist.Schließlich sollte man darauf achten, dass während des Lenkvorganges keine Geräusche im Innern der Zahnstange auf-treten. Wenn der Ladezustand der Batterie unterhalb des Mindestwertes liegt, dann ist sie durch eine neue zu ersetzen.
Fachpersonal kann das System entweder durch eine Reparatur des Steuergeräts, also eines elektronischen Bauteils, oder über eine Software-Aktualisierung wieder in Ordnung bringen. steering in the column
elektrische servounterstützung der lenksäule
elektrische servounterstützung der Zahnstange
störungen
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AUDI, SEAT, SKODA, VWAnzeichen 03375 – Lenkmotor.
16352 - Steuereinheit. 00003 - Steuereinheit. 03375 – Lenkmotor. Mechanischer Fehler. 00573 – Geber für Lenkmoment. - G269. Kontrollleuchte des elektrischen Lenksystems leuchtet auf.00566 - Lenkhilfe. Mechanischer Fehler. Im elektronischen Steuergerät für Lenkhilfe (EML) registrierte Fehlercodes. Die gelbe Kontrollleuchte für die Servolenkung leuchtet auf. Die rote Kontrollleuchte für die Servolenkung leuchtet auf. Die Lenkung ist schwergängig.
Ursache Die Software des elektronischen Steuergeräts für Lenkhilfe (EML) - J500 weist einen Fehler in ihrer Konfiguration auf.Lösung Das elektronische Steuergerät für Lenkhilfe (EML) - J500 mit der aktualisierten Software neu programmieren.
Das elektronische Steuergerät für Lenkhilfe austauschen. Mit dem geeigneten Diagnose-Tool die richtigen Parameter gemäß der beiliegenden CD eingeben, die zusammen mit dem Steuergerät geliefert wird.
AUDI, SEAT, SKODA, VW
Anzeichen 01309 – Steuergerät für Lenkhilfe. -J500. Im Bremssteuergerät ESP/ABS registrierter Fehlercode nach Austausch des Steuer-geräts für Lenkhilfe.
Ursache Interner Fehler der Software des Steuergeräts für Lenkhilfe.Lösung Das Steuergerät für Lenkhilfe mit der aktualisierten Software neu programmieren.
Die an den Lenksystemen eingesetzte Technologie wird von Tag zu Tag komplexer. Wenn heute eine Werkstatt ein Fahrzeug mit einem derartigen Problem hat, kann sie aufgrund fehlender Mittel, vor allem technologischer Art, den Schaden nicht beheben oder evtl. gar nicht erst feststellen. Es kommt deshalb häufig vor, dass die Mehrmarkenwerkstätten diese Fahr-zeuge an die offiziellen Vertragsservices schicken, um dort das Problem lösen zu lassen.Je nach Unternehmensgruppe oder Fahrzeugmarke kann die Anzahl der
im Laufe der Jahre aufgetretenen Störungen beträchtlich sein. Nachfol-gend listen wir die am Lenksystem am häufigsten auftretenden Störungen auf. Diese Störungen sind eine Auswahl aus der Online-Plattform: www.ein-avts.com. Diese Plattform verfügt über mehrere Abschnitte, in denen die Marke, das Modell, das betroffene System und Subsystem aufgeführt sind, und diese Angaben lassen sich unabhängig voneinander nach dem gewünschten Suchkriterium anzeigen.
HYUNDAI ACCENT III (MC), ELANTRA Sedán (HD), GETZ (TB), i10/i20/i30Anzeichen C1603 – Verringerung des Überhitzungsschutzes des EPS. Die Lenkung ist hart oder sehr schwergängig. Kontrollleuchte des
Servolenkungssystems (EPS) leuchtet auf.Ursache Mögliche Ursachen: - Überhitzung des Elektromotors des Servolenkgetriebes. - Überhitzung des Relais zur Spannungsversor-
gung des Elektromotors für die Servolenkung. - Störung des Steuergeräts für die Servolenkung (ECU). - Zu starke Abnutzung der Kohlebürsten, was zur Bildung einer Paste führt, die sich an die Kontaktflächen mit dem Rotor haftet (Kupfermaterial) und dadurch die Leistung des Elektromotors der Servolenkung verringert.
Lösung Den Elektromotor des Servolenkgetriebes durch einen neuen abgeänderten Elektromotor ersetzen. Das Steuergerät für die Servolenkung (ECU) austauschen. Siehe Abbildungen: A – Elektromotor für die Servolenkung. B - ECU. Servolenkung-Steuer-gerät. C - Dazu muss der ganze Wagen zusammen mit der Lenkstangenhalterung und dem Elektromotor ausgebaut werden. D – Steuergerät für den Lenkmotor. WICHTIG: Wegen der anfallenden Demontage- und Montagekosten für lediglich den Austausch der Kohlebürsten, eines Anschlussteiles oder Kabels, empfehlen wir vorher einen Kostenvoranschlag zu erstellen.
tecHniscHe Hinweise
VAG-GRUPPE
VAG-GRUPPE
HYUNDAI
www.eurecar.org — 15
tecHniscHe
Hinweise
CITROËN C4 (LC_), C4 Picasso (UD_), PEUGEOT 307 (3A/C)
Symptoms C1210 – Funktionsfehler des Elektromotors. Fehlerhafte Funktion des Lenksystems; die Lenkung wird sporadisch schwergän-giger.
Ursache Mögliche Ursachen: - Rost an den Steckkontakten. - Elektropumpe defekt. - Defekt in der Anlage.Lösung Reparaturanleitung: - Überprüfen, dass die Steckkontakte der Elektropumpe weder Rost noch Sulfat aufweisen. - Überprüfen,
ob zum Zeitpunkt der Störung die Elektropumpe der Lenkung mit Spannung versorgt ist. - (Provisorisch) 2 LEDs oder Glühbir-nen auf Sichthöhe des Fahrers anbringen. - 1. LED: Am zweipoligen schwarzen Stecker. - Den Pluspol des Pins Nr. 1 und den Negativpol des Pins Nr. 2 verwenden (Pin Nr. 1 ist der Pluspol der Batterie, der vom Sicherungskasten BSM über die Maxi-Sicherung MF8 gelegt wird). - 2. LED: Am schwarzen 9-poligen Stecker. - Den Pluspol des Pins Nr. 5 und den Negativpol der LED Nr. 1 verwenden (Pin Nr. 5 ist der Pluspol der Batterie, der vom Sicherungskasten BSM über ein integriertes Mikrorelais R6 und eine Sicherung F7 gelegt wird). - Überprüfen, ob zum Zeitpunkt des Fehlers die LEDs immer aufleuchten; in diesem Fall ist die Elektropumpe auszutauschen. - Überprüfen, ob zum Zeitpunkt des Fehlers irgendeine LED aus geht; in diesem Fall ist die Anlage oder der Sicherungskasten BSM zu überprüfen, bis der Fehler gefunden ist. HINWEIS: Sollte das Fahrzeug mit ABS-ESP ausgestattet sein, eine Diagnose durchführen. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an den technischen Berater Ihres Vertrauens. Siehe Abbildung 1: - Lage des Elektromotors der elektronischen Einheit der Servolenkung. Siehe Abbildung 2: - Suchschema für die vorstehende Anwendung. - BB00.- Batterie. - PSF1. - Sicherungs- und Motorrelaiskasten (BSM). - 7122. - Elektropumpenaggregat Servolenkung. - 7130. - Lenkradwinkelsensor. CAN-BUS. - C001. - Anschluss Diag-nosegerät. - ESP. - Elektronische Motorsteuerung für Bremskontrollsystem.
PEUGEOT 308 (4A_, 4C_)
AnzeichenC1301 – Zusammenhang Drucksensor. C1388 – Einlernen des Lenkradwinkels. U1105 – Fehlende Kommunikation mit dem Lenkradwinkelsensor. Im ABS-ESP Steuergerät registrierte Fehlercodes. Kontroll-leuchte des ESP-Systems leuchtet auf. Funktionsausfall des ESP-Systems.
Ursache Der Kabelstrang des Bremspedal-Schalters scheuert an der Lenksäule.Lösung Reparaturanleitung. - Den Bremsschalter reparieren oder austauschen. - Den Kabelstrang so weit wie möglich von der Lenk-
säule entfernt verlegen. - Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an den Technischen Berater Ihres Vertrauens.
PEUGEOT 308 (4A_, 4C_)
Anzeichen P0602 – Motorsteuergerät, Programmierfehler. Funktionsausfall der Servolenkung. HINWEIS: Dieser Fehler tritt nach einem Werkstattbesuch auf, bei dem das Steuergerät für die elektrische Servolenkung ausgetauscht wurde.
Ursache Software-Fehler des Steuergeräts für die elektrische Servolenkung.Lösung Reparaturanleitung: - Die im Steuergerät der elektrischen Servolenkung registrierten Fehlercodes mit dem Diagnosegerät aus-
lesen. - Die im Steuergerät registrierten Fehlercodes mit dem Diagnosegerät löschen. - Das Steuergerät mit der aktualisierten Software neu programmieren.
CORSA C (F08, F68), MERIVA, TIGRA
AnzeichenKlappergeräusche beim Lenken während der Fahrt.
Ursache Zu viel Spiel der Buchse im Lenkgetriebe.Lösung Die am Wellenausgang des Lenkgetriebes “B” befindliche Buchse “A” durch eine neue ersetzen (siehe Abbildung). Der Herstel-
ler liefert ein Reparaturkit. Für Ersatzteile wenden Sie sich bitte an Ihren Vertragshändler. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an den technischen Berater Ihres Vertrauens.
Die häufigsten Lösungen für die Reparatur des Lenksystems sind: Aktualisierung der Software, Austausch des Elektromotors, Austausch der kompletten Einheit Steuergerät/Elektromotor.
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OPEL
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Au to m o b i l te c h n i k i m B l ic k p u n k tder eure!techflash-newsletter ergänzt das Lehrgangsprogramm eure!car von AdI und verfolgt ein klares Ziel:
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entscheidender Bedeutung für den Fortbestand von Kfz-Werkstätten.
Eure!Car ist eine Initiative des Unternehmens Autodistribution International mit Hauptsitz in Kortenberg, Belgien (www.ad-europe.
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