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Sep 16, 2023

Servolenkung: Dynamik und Diagnose verstehen

Als vor 25 Jahren die Servolenkung ausfiel, war die Diagnose des Systems schwierig

Als vor 25 Jahren die Servolenkung ausfiel, war die Diagnose des Systems einfach. Das am schwierigsten zu diagnostizierende Problem war die „morgendliche Übelkeit“, die einige Fahrzeuge befiel, wenn sie kalt waren. Heutzutage ist die Diagnose von Servolenkungen durch die Einführung von geschwindigkeitsabhängigen Lenkungen, elektrischen Servolenkungen und Computersteuerungen anspruchsvoller geworden.

Es gibt zwei Arten herkömmlicher Servolenkungssysteme. Der erste Typ verwendet einen Hydraulikzylinder, der an der Zugstange und am Fahrgestell befestigt ist. Am Ende der Schleppstange ist ein Steuerventil angebracht, das den Spurstangenkopf ersetzt, und der Ventilantrieb ist über eine konische Welle mit dem Lenkstockhebel verbunden.

Der zweite Typ verwendet einen Hydraulikzylinder, der integraler Bestandteil des Lenkgetriebes ist und mit der Kugelumlaufmutter an der Lenkwelle verbunden ist. Das Drehsteuerventil ist mit einem Torsionsstab verbunden, der Teil der Lenkwelle ist. Der Hydraulikzylinder des Zahnstangenlenkgetriebes ist Teil des Zahnstangengetriebes, und das Steuerventil ist über einen Torsionsstab mit der Lenkwelle verbunden.

Bei jedem Servolenkungssystemtyp fördert die Pumpe Flüssigkeit zum Steuerventil. Das Steuerventil öffnet einen Druckfluss zum und vom Hydraulikzylinder und reagiert direkt auf Eingaben vom Lenkstockhebel oder der Lenkwelle. Die Betätigung des Steuerventils basiert auf einer Eingabe, die auf langsamere Fahrzeuggeschwindigkeiten abgestimmt ist, bei denen die Unterstützung am meisten benötigt wird. Diese Konfiguration macht die Lenkung bei höheren Geschwindigkeiten feinfühliger.

Die Änderung des Durchflusses von der Pumpe zum Zylinder begann in den 1980er Jahren als Methode zur Reduzierung der Hochgeschwindigkeitsempfindlichkeit. Dieses Steuersystem wird als elektronische variable Öffnung (EVO) bezeichnet. Das EVO-Ventil ist am Auslass der Servolenkungspumpe montiert und erzeugt mithilfe einer elektronischen Steuerung Magnetfeldänderungen in seiner Magnetspule. Der am Düsenventil befestigte Ventilstift ragt in die Magnetspule hinein, und das von der Magnetspule erzeugte Magnetfeld zieht den Stift in die Spule. Durch diese Zugwirkung wird der Durchfluss durch das Ventil reguliert. Das Ventil und die Steuerung können mit Zahnstangen- und konventionellen Systemen verwendet werden.

Ein elektronischer Controller verändert das Magnetfeld in der Magnetspule, indem er eine pulsweitenmodulierte Spannung (PWM) an die Spule sendet. Der Controller passt die Lenkkraft basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeitseingabe in den Controller und der Lenkradposition an. Die Eingabe der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt normalerweise vom Motorsteuermodul.

Die Lenkradposition wird vom Handradgeschwindigkeitssensor (HWSS) ermittelt. Das HWSS misst die Geschwindigkeit, mit der das Lenkrad gedreht wird, und erzeugt ein variables analoges Spannungssignal an den Controller. Das Signal ändert sich von Hochspannung zu Niederspannung und kehrt wieder zu Hochspannung zurück, wenn das Lenkrad um 180 Grad gedreht wird. Eine Kombination aus Fahrzeuggeschwindigkeit und der Geschwindigkeit, mit der das Lenkrad gedreht wird, erzeugt ein PWM-Signal vom Controller an die Magnetspule, das die Stärke der Unterstützung variiert.

Bei Parkmanövern, wenn keine Fahrzeuggeschwindigkeitseingabe erfolgt, hat das Düsensteuerventil kein Magnetfeld und sorgt für einen hohen Pumpenfluss bei geringem Lenkaufwand. Bei Autobahngeschwindigkeiten wird das Magnetfeld des Düsensteuerventils erhöht, um den Durchfluss proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern, um eine höhere Lenkkraft zu erreichen und die Eingabeempfindlichkeit am Lenkrad zu verringern.

Wenn der Controller sowohl eine Fahrzeuggeschwindigkeitseingabe als auch eine HWSS-Eingabe empfängt, erhöht er das Magnetfeld, um den Druck und den Durchfluss zu verringern, um weniger Unterstützung bereitzustellen und den Lenkaufwand zu erhöhen.

Das HWSS verfügt über vier Spannungsteilerschaltungen und einen „Wischer“ für das Geberrad. Die Spannungsteiler bestehen aus einem Widerstandsmaterial auf einer Folie, die von einer 5-Volt-Referenz versorgt wird, um vier 90-Grad-Sensorelemente zu bilden. Der Schleifer verfügt über einen Kontakt, der auf der Widerstandsfolie läuft und das Ausgangssignal an den Controller liefert. Das Signal reicht von 0,5 bis 4,5 Volt mit einer ±0,3 Volt.

Beispiel: Der Sensor erzeugt 0,2 bis 4,8 Volt, wenn das Lenkrad um 90 Grad gedreht wird. Dann erzeugt der Sensor 4,8 bis 0,2 Volt für die nächsten 90 Grad Lenkraddrehung in die gleiche Richtung. Wenn das Lenkrad um 360 Grad gedreht wurde, ist die Spannung von 0,2 auf 4,8, von 4,8 auf 0,2, von 0,2 auf 4,8 und von 4,8 auf 0,2 Volt gestiegen, wobei die Spannung konstant ansteigt und abfällt.

Was passiert, wenn die Spule im EVO-Ventil ausfällt? Die Servolenkungspumpe liefert den vollen Druck und das volle Volumen an den Hydraulikzylinder. Die Lenkung des Fahrzeugs ist empfindlicher als bei Betätigung des Ventils und funktioniert unter allen Fahrbedingungen.

Was passiert, wenn das Ventil in der geschlossenen Position versagt? Das Lenken des Fahrzeugs erfordert mehr Kraftaufwand, da die Unterstützung kaum oder gar nicht vorhanden ist.

Was passiert, wenn ein Sensor ausfällt? Es wird wahrscheinlich zu einem zeitweiligen Fehler kommen. Eine zeitweilige Unterbrechung der Fahrzeuggeschwindigkeitseingabe in den Controller führt zu einer Erhöhung der Servounterstützung. Dieser Zustand kann während der Fahrt erkannt werden, da das Lenkrad empfindlich auf kleine Eingaben reagiert. Die Steuerung befindet sich im Parkmodus, wobei die Pumpe die volle Lenkunterstützung liefert.

Eine zeitweilige Unterbrechung des HWSS bei fahrendem Fahrzeug führt zu einer minimalen Leistungsunterstützung. Dies wird als plötzlicher Anstieg der Lenkkraft erkannt, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt.

Bei einigen Fahrzeugen gibt es Diagnose-Fehlercodes für Eingangs- und Ausgangsfehler. Aufgelistet sind generische OBDII-Diagnose-Fehlercodes:

•C0472 – Signal V des Lenkhandrad-Geschwindigkeitssensors niedrig

•C0473 – Signal V des Lenkhandrad-Geschwindigkeitssensors hoch

•C0495 – EVO-Tracking-Fehler

•C0498 – Versorgungsstromkreis des Aktuators der Lenkunterstützungssteuerung niedrig

•C0499 – Speisungsstromkreis des Magnetventils der Lenkunterstützungssteuerung hoch

•C0503 – Rücklaufstromkreis des Magnetventils der Lenkunterstützungssteuerung niedrig

•C0504 – Rücklaufstromkreis des Lenkhilfssteuermagnetventils hoch

Ein Scan-Tool kann dabei helfen, das Problem schnell zu diagnostizieren. Ein weiteres wertvolles Werkzeug ist ein Digitalmultimeter, das die Impulsbreite messen und Diagnose- und Komponententestinformationen liefern kann.

Einige der wichtigsten Diagnose- und Reparaturlösungen können aus Serviceinformationen stammen. Möglicherweise gibt es ein TSB, das den Zustand und die Reparatur des Fahrzeugs beschreibt. Nutzen Sie alle Diagnosemöglichkeiten, bevor Sie mit der Reparatur beginnen.