Aufbau und Funktionsweise der elektrischen Servolenkungssäule

Heute ist ein Verstärker aus der Lenkung eines Autos nicht mehr wegzudenken. Und das gilt nicht nur für leistungsstarke SUVs oder Limousinen der Business-Klasse. Auch die Fahrer von kompakten Kleinwagen wissen den Komfort der Lenkung zu schätzen. Allerdings ist unter der Motorhaube solcher Autos oft nicht viel Platz für den Einbau einer Zahnstangenlenkung mit hydraulischem oder sogar elektrischem Verstärker. Aber das ist kein Problem - es ist möglich, den Assistenten des Fahrers sogar in der Lenksäule unterzubringen. Welche Vorteile ein solches System hat und wie es realisiert wird, betrachten wir am Beispiel eines beliebten Autos Volkswagen Lupo 1.2 TDI 3L 1999-2005 Baujahr.

Merkmale und Vorteile einer elektrischen Lenksäule

Es sei gleich angemerkt, dass die elektrische Lenksäule nicht nur als eine Kompromissvariante der Lenkungsverstärkung angesehen werden kann. Ein solches System hat u.a. seine eigenen bedeutenden Vorteile, nämlich:

• Steuert die Eingangs- und Ausgangssignale sowie die Funktion anderer Komponenten des Lenkmechanismus;
• vermittelt dem Fahrer ein besseres Gefühl für den Kontakt mit der Straße;
• hilft, das Lenkrad in eine gerade Position zu bringen;
• erhöht die Lenkkontrolle auf der Grundlage der tatsächlichen Fahrbedingungen;
• wirkt nur, wenn der Fahrer das Lenkrad dreht, und verbraucht keine Leistung auf geraden Strecken.
• Der letzte Faktor trägt dazu bei, dass sich ein solches elektromechanisches System in seinen Parametern stark von einem herkömmlichen hydraulischen System unterscheidet. Nach Untersuchungen von Volkswagen sind die Unterschiede für das Modell Lupo wie folgt:

Nicht zuletzt deshalb, weil bei einer hydraulischen Servolenkung alle Komponenten des Systems nach der Lenkzapfwelle eingebaut werden, während bei einer elektromechanischen Servolenkung die Servolenkung vor der Zapfwelle eingebaut wird.

Ein weiteres großes Plus ist, dass die Servolenkung im Lautsprecher in einer kompakten Einheit untergebracht ist, so dass keine lange, komplizierte Verkabelung erforderlich ist. Und schließlich, was für den Fahrer vielleicht am wertvollsten ist: Da der Elektromotor, der die Rotation verstärkt, das Schneckengetriebe direkt neben dem Lenkrad antreibt, hat der Fahrer ein direktes Lenkgefühl, also die gleiche Rückmeldung an die Straße, als wenn es keine Servolenkung gäbe.

Aufbau der elektrischen Servolenkung

Die Hauptkomponenten des oberen Teils des Lenkmechanismus in dieser Anordnung sind in der Abbildung dargestellt

• Blinker- und Scheibenwischerschalter,
• Lenksäulengehäuse,
• Schneckengetriebe,
• Lenksäulenelektronik-Steuergerät,
• Lenkradantriebswelle,

Außerdem sind im Inneren sehr wichtige Sensoren eingebaut: Lenkstellungssensoren und Lenkmomentsensoren.

Und so sieht die elektrische Lenksäule im Querschnitt durch die gesamte Front des Autos aus:

Lassen Sie uns nun auf die Komponenten der Lenksäule eingehen, die mit einer elektrischen Servolenkung ausgestattet ist. Sie lassen sich in zwei Gruppen unterteilen:

1. Elektrisch.
2. Mechanisch.

Die erste Gruppe umfasst die folgenden elektronischen Komponenten:

• Elektromotor und seine Kupplung;
• EPS-Steuergerät;
• Lenkmoment- und Lenkstellungssensoren in einem gemeinsamen Gehäuse.

Die zweite Gruppe wird in allen, nicht nur elektromechanischen, Säulen verwendet. Diese sind:

• Wellen: Lenkung und Antriebswelle;
• das Lenksäulengehäuse, das höhenverstellbar ist;
• Schneckenantrieb mit Schnecke und Ritzel;
• Zwischenspindel;
• Torsionsstange.

Diese Spurstange ist das zentrale Bauteil einer elektrisch unterstützten Lenksäule. Der Torsionsstab verbindet die Zwischenspindel mechanisch mit der Schneckenantriebswelle. Dadurch können sich die beiden Teile um einen kleinen Winkel gegeneinander drehen. Dies reicht aus, damit das System den Beginn der Lenkung erkennt.

Die kardanische Welle besteht aus zwei Gabeln, die mit einem kurzen Teleskoparm verbunden sind. Sie gleicht die Länge des Höhenverstellmechanismus aus und schützt Fahrer und Beifahrer bei einem Frontalaufprall. Hebt der Fahrer den Hebel während der Verstellung nach oben, wird der Hebel kürzer, wodurch sich der Abstand zwischen Lenkrad und Lenkmechanismus verringert. Im umgekehrten Fall verlängert sich der Teleskophebel. Der Verstellbereich des Volkswagen Lupo beträgt 39 mm.

Das Schneckengetriebe befindet sich zusammen mit dem Elektromotor im Aluminium-Getriebegehäuse. Die Schnecke auf der Motorwelle kämmt mit dem Zahnrad auf der Lenkwelle, wodurch die Lenkraddrehung fast direkt dort verstärkt wird, wo sich der Fahrer befindet. Die Motorwelle ist über eine flexible Gummikupplung mit der Schneckenwelle verbunden, so dass das Anfahrmoment des Motors möglichst sanft übertragen wird. Der Elektromotor hat eine Leistung von 720 W und entwickelt ein Drehmoment von 2 Nm. Die Elektronik ist auf eine extrem kurze Reaktionszeit ausgelegt, damit sie möglichst schnell auf Lenkbewegungen reagiert.

Das Gehäuse des Lenkpositions- und Lenkwinkelsensors ist oberhalb des Getriebes angebracht. Ersterer ist mit der Schneckenradwelle verbunden. Er registriert die aktuelle Position des Ruders oder dessen Blockierung. Der zweite ist mit dem Torsionsbalken verbunden. Sie berechnet den Drehwinkel des Torsionsstabs im Verhältnis zur Zwischenspindel. Aus diesem Signal errechnet das Steuergerät das Drehmoment. Übersteigt das errechnete Drehmoment einen Wert von 0,01 Nm, entscheidet das Steuergerät, ob die Lenkung verstärkt werden muss. Am Schneckenantriebsgehäuse ist außerdem ein Rahmen angeschraubt, in dem das elektronische Servolenkungssteuergerät eingebaut ist. Es berechnet anhand der von den Sensoren empfangenen Daten und unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs die notwendige Unterstützung für den Fahrer. Das Sensorgehäuse ist über einen 6-poligen Stecker mit dem Steuergerät verdrahtet. Stellt das Steuergerät einen Fehler in der Servolenkung fest, schaltet es die Lenkungsanzeige im Kombiinstrument ein.

Wie die elektromechanische Lenkung verbessert wird

Der Fahrer beginnt, das Lenkrad zu drehen. Gleichzeitig dreht sich der Torsionsstab. Der Drehmomentsensor, der sich mit dem Torsionsstab dreht, liefert dem Steuergerät Signale, die Größe und Drehrichtung des Lenkmoments anzeigen. Aus diesen Signalen errechnet das Gerät die erforderliche Unterstützung und aktiviert den Elektromotor. Die Kombination aus dem auf das Lenkrad wirkenden Drehmoment und dem Unterstützungsmoment bildet das effektive Drehmoment, das auf das Lenkgetriebe wirkt.

Erhöht der Fahrer das auf das Lenkrad wirkende Drehmoment, erhöht der Elektromotor das Drehmoment. Verringert er es, verringert sich die Torsion des Drehstabs. Infolgedessen liefert der Lenkmomentsensor ein kleineres Signal an das Steuergerät. Lässt der Fahrer in der Kurve das Lenkrad los, wird die Spannung des Drehstabs gelöst. Gleichzeitig schaltet die Elektronik den Elektromotor ab, da die Drehmomentunterstützung nicht mehr benötigt wird. Stellt der Lenkstellungssensor jedoch fest, dass das Fahrzeug immer noch nicht geradeaus fährt, wird der Elektromotor aktiviert, so dass das Lenkrad aktiv in die gerade Position zurückgeführt wird.

Reparatur einer Servolenkungssäule

Obwohl die beschriebene Konstruktion recht zuverlässig ist, kommt es im Laufe der Zeit und bei aktiver Nutzung häufig zu Fehlfunktionen. Die Teile, die am ehesten versagen, sind:

• Sensorringe aus Kunststoff;
• die Sensoren selbst;
• Die Querträger der Antriebswelle.

Obwohl die elektrische Lenksäule weniger anfällig ist als andere Arten von Servolenkungen, weil sie sich im Innenraum befindet, kann auch sie von Korrosion betroffen sein. Die Kontakte der Sensoren und des Steuergeräts können oxidieren, ebenso die Keilwellenverbindungen der mechanischen Komponenten.

Der Hersteller bietet leider keinen Austausch einzelner Komponenten des elektrischen Verstärkers an - seiner Meinung nach sollte die ganze Säule komplett ausgetauscht werden. Aber nicht alle Autobesitzer können sich das leisten.

Deshalb laden wir diejenigen, die Probleme mit solchen Geräten haben, in die STS-Werkstatt ein. Unsere qualifizierten Fachleute sind in der Lage, jede Servolenkung in kürzester Zeit und zu einem erschwinglichen Preis zu reparieren.