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Elektrische Lenkung - EPS von BMW

 

Die elektromechanische Servolenkung wird auch EPS (Electric Power Steering) genannt.

Sie soll hier am Beispiel von BMW erklärt werden. Bei Mercedes Benz werden unter dem Produktnamen Steertronic ® Elektrolenkungen zusammengefasst. Dort verwendet man auch das Kürzel EPAS (=Electric Power Assisted Steering) für die elektromechanische Servolenkung. Kurzbeschreibung Die EPS ist eine sehr direkte, sportliche elektromechanische Servolenkung, die eine Umschaltung zwischen Standard - und Sportmodus über den Fahrdynamik–Kontroll - Taster (FDC) ermöglicht. Sie funktioniert geschwindigkeitsabhängig und führt eine aktive Lenkungsrückstellung durch.

EPS LenkungDie EPS besteht aus drei Baugruppen
1 obere Lenksäule 2 untere Lenksäule 3 Lenkgetriebe mit Zahnstange

Die entscheidende Baugruppe Obere Lenksäule sorgt mit dem Elektromotor und einem Schneckengetriebe für die Lenkkraftunterstützung (Lenkmomentverstärkung). Die Lenkkräfte werden über die untere Lenkspindel an ein mechanisches Lenkgetriebe (hier: Zahnstangenlenkgetriebe) weitergeleitet, welches über die Spurstangen den Lenkeinschlag bewirkt. Die Drehrichtung des Motors hängt von der Bewegungsrichtung des Lenkrads ab. Es kann auch die Rückstellbewegung der Lenkung unterstützt werden.

EPS arbeitet ohne Hydraulikkomponenten (Pumpe, Behälter, Kühler, Leitungen, Hydraulikflüssigkeit) und ist somit ein trockenes, umweltschonendes System.  

Funktionsweise des EPS - Lenksystems

 Das System der EPS hat folgende Funktionen:

  • Servounterstützung mit Servotronic

  • Anpassung der Lenkkräfte

  • Aktive Lenkungsrückstellung

  • Kontrollanzeige

Im EPS - System ist die elektronische Regelung der geschwindigkeitsabhängigen Servounterstützung integriert. Im EPS - Steuergerät sind dafür Kennfelder der Lenkunterstützungs - und Dämpfungscharakteristik hinterlegt.

EPS Lenkung 

Bauteile der EPS Lenkung

 

1 = DSC-Steuergerät 

2 = Motorsteuerung

3 Obere Lenksäule mit Servoeinheit

4 = E-Motor mit EPS-Steuergerät

5 = Lenkgetriebe

6 + 10 = Fahrdynamik Kontrolltaster (FDC)

7 Diagnosetester

8 = DSC-Steuerung

9 = Lenkwinkelsensor

Für die Berechnung der Servounterstützung benötigt das EPS - Steuergerät folgende Eingangsgrößen:

  • Fahrgeschwindigkeit
  • Fahrerseitiges Lenkmoment
  • Lenkwinkelgeschwindigkeit
  • Signal vom Fahrdynamik - Taster
  • Systemtemperatur

Die aus den Eingangsgrößen berechneten Werte ergeben zusammen mit der Kennlinie das notwendige Unterstützungsmoment. Diese Unterstützung wird durch einen Elektromotor erzeugt und mit einem Schneckengetriebe auf die obere Lenksäule übertragen.

Über den FDC - Taster kann der Fahrer die Funktion für sportliches Fahren wählen. Das EPS - Steuergerät erhält diese Information und schaltet auf das Kennfeld für sportliches Lenkverhalten um.

Des weiteren hat das ESP - System eine aktive Lenkungsrückstellung, welche mithilfe des Lenkwinkelsensors realisiert wird.

Die Servoeinheit

Die Servoeinheit dient zur aktiven Lenkkraftunterstützung in Abhängigkeit von den Lenkkräften und den Systembedingungen.

Die Servoeinheit besteht aus:

  • Elektromotor (4 unteres Bild)

  • Schneckengetriebe (9)

  • Steuergerät (3)

  • der Wickelfederkassette für die Leitungsaufnahme des internen Lenkmomentsensors (2)

  • verschiedenen internen Sensoren zur Erfassung der Drehzahl des Elektromotors, des Lenkmoments, der Temperatur und der Bordnetzspannung des systems

Die Servoeinheit befindet sich an der oberen Lenksäule und somit geschützt im Fahrzeuginnenraum.

In der Servoeinheit wird das eingebrachte Lenkmoment mit Hilfe des Lenkmomentsensors erfasst. Das EPS-Steuergerät berechnet daraufhin die geforderte Lenkunterstützung und steuert den Elektromotor entsprechend an. Der Elektromotor in der Servoeinheit überträgt die geforderte Lenkunterstützung an das Schneckengetriebe

Die Regelelektronik berücksichtigt unterschiedlichste Parameter - z.B. Fahrgeschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkmoment und Lenkgeschwindigkeit. Eine programmierbare Dämpfungscharakteristik garantiert die hervorragende Absorption von Fahrbahnstößen.

 EPS Lenkung
EPS Lenkung

1 = Magnetisches Polrad

2 = Lenkmomentsensor

3 = EPS-Steuergerät

4 = Elektromotor der Servoeinheit

5 = Welle des Schneckengetriebes 

6 = Lenkwinkelsensor

7 = Verdrehsicherung

8 = Gehäuse für Schneckengetriebe und Lenkmomentsensor

9 = Schneckengetriebe

10 = Torsionsstab

Der Lenkwinkelsensor (6)

Der Lenkwinkelsensor welcher an der oberen Lenksäule montiert, ist hat beim EPS - System nur für die aktive Lenkungsrückstellung Bedeutung. Wenn das EPS - Lenksystem überlastet ist, so schützt es sich durch Abnahme der Servounterstützung. Der Fahrer bemerkt die erhöhten Lenkmomente, die aufgebracht werden müssen. Gleichzeitig erhält der Fahrer ein optisches Signal durch die Kontrollleuchte.

Das System erkennt Fehler durch veränderte Systemtemperatur oder durch veränderte Spannungswerte. Zwischen 10V und 16V hat das System Normalfunktion, zwischen 16V und 17V und zwischen 9V und 10V reduzierte Unterstützung, unter 9V und über 17V hat das System keine Funktion.  

Infos zum Lenkmomentsensor

Vorteile des EPS

- Bessere Fahrdynamik:

  • gute Lenkeigenschaften durch direkte Lenkkraftübertragung

  • aktive Lenkradrückstellung (Zentrierung)

  • umschaltbare Lenkcharakteristik (Sportmodus)

  • Einsatz von leichten Sportlenkrädern (1 kg Einsparung gegenüber anderen Lenkrädern)

- Mehr Fahrkomfort:

Entkoppelung von Achsschwingungen; dennoch werden ausreichend relevante Fahrbahninformationen (unterschiedliche Fahrbahnzustände) an den Fahrer übermittelt, Straßenstörungen werden besser abgeschirmt gesteuerte, geschwindigkeitsabhängige Lenkkraftunterstützung (z.B. Einparken und Autobahnfahrt).

- Höhere Fahrsicherheit:

  • EPS ermöglicht bei hohen Geschwindigkeiten, durch geringere Lenkkraftunterstützung, eine annähernd direkte Verbindung zu den Spurstangen

  • vermittelt direkt die Fahrbahninformationen

  • die geschwindigkeitsabhängige Lenkkraftunterstützung ermöglicht die aktive Dämpfung des Links / Rechts - Schlingerns  

- Geringere Umweltbelastung:

  • Kraftstoffeinsparung von ungefähr 0,23l/100 km

  • keine Probleme mit Undichtigkeiten, da es sich um ein "trockenes System" handelt  

Quellen: Akademiebericht Dillingen, BMW, BOSCH


Autor: Johannes Wiesinger
bearbeitet: 19.02.2015
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