Lenkwinkelsensor - was ist das und warum wird er benötigt?

Viele Autofahrer haben schon einmal etwas vom Lenkradwinkelsensor oder Lenkradpositionssensor gehört. Die wenigsten wissen jedoch, welche Bedeutung dieses Steuerelement hat. Wussten Sie, dass die Funktion der gesamten elektrischen Servolenkung vom Zustand des Sensors abhängt?

Technische Informationen zum Sensor

Der Lenkradwinkelsensor ist ein Element der elektrischen Servolenkung, das die Position des Lenkrads in einem Bereich von 720 Grad in jede Richtung bestimmt. Der Sensor wird meistens an der elektrischen Säule unter dem Lenkrad installiert, seltener an der Verteilerwelle.

Was dieser Sensor misst:

• Lenkrad-Drehwinkel
• Drehrichtung
• Drehgeschwindigkeit

Der Sensor ist mit dem Servolenkungsregler verbunden, der auf Grundlage der empfangenen Daten den Betrieb des Servolenkungsmotors regelt. Ein funktionsfähiger Sensor gewährleistet den ordnungsgemäßen Betrieb der Servolenkung.

Zusätzlich zur Servolenkungsunterstützung kann der Lenkwinkelsensor mit Modulen wie den folgenden verbunden werden:

• Adaptive Geschwindigkeitsregelung
• Spurhalteassistent
• Adaptive Beleuchtung
• Aktives Lenksystem
• Aktive Federung
• Sensortypen

Sensortypen

Es gibt drei Arten von Lenkwinkelsensoren, die sich in Funktionsweise und Aufbau unterscheiden:

• Potentiometrische
• Optische
• Magnetoresistive

Potentiometrischer Sensor: Potentiometrische Sensoren gehören zur Gruppe der Kontaktsensoren. Die Baugruppe besteht aus zwei Potentiometern, die an der Lenksäule montiert sind. Um eine korrekte Messung der relativen und absoluten Lenkradwinkel zu gewährleisten, ist ein Potentiometer um 90 Grad gegenüber dem anderen versetzt.

Wie funktioniert dieser Sensor? Ganz einfach: Je größer der Lenkrad-Drehwinkel, desto größer der Widerstand am Potentiometer. Der Widerstand steigt proportional zum Drehwinkel.

Der Hauptvorteil von potentiometrischen Sensoren ist ihr einfacher Aufbau, während ihr Hauptnachteil in ihrer geringen Zuverlässigkeit liegt. In modernen Autos ist dieser Sensortyp sehr selten.

Optischer Sensor: Der optische Sensor ist eine weiterentwickelte Version des Berührungssensors. Die Baugruppe besteht aus einer Kodierscheibe, LEDs, Fotowiderständen und einem Block, der die vollen Umdrehungen bestimmt.

Die Kodierscheibe ist an der Lenksäulenwelle befestigt und besteht aus inneren und äußeren Segmentringen. Der innere Ring hat mehrere gleichmäßig verteilte Löcher, während der äußere Ring ungleichmäßig verteilte Löcher hat. Die Struktur des inneren Segmentrings ermöglicht die Bestimmung des Lenkraddrehwinkels, und der Sensor bestimmt die Drehrichtung mithilfe des äußeren Rings.

Zwischen den Ringen sind LEDs angebracht und außerhalb der Ringe sind Fotowiderstände installiert. Die Anzahl der Lichtquellen und Fotowiderstände hängt vom Sensormodell ab.

Wie funktioniert der optische Sensor?

• Wenn der Fahrer das Lenkrad dreht, trifft das Licht der LEDs auf die Fotowiderstände und erzeugt im Stromkreis Spannung.
• Die elektronische Steuereinheit liest die Spannungsimpulse und berechnet den Lenkrad-Drehwinkel und die Lenkrichtung.

Optische Sensoren sind weiter verbreitet als potentiometrische.

Magnetoresistiver Sensor: Die meisten modernen elektrischen Servolenkungen verwenden magnetoresistive Sensoren. Der magnetoresistive Sensor misst den Lenkrad-Drehwinkel und die Lenkrichtung und erkennt die Winkelgeschwindigkeit, mit der Sie das Lenkrad drehen. Daher kann die Steuereinheit die Geschwindigkeit des Elektromotors genauer bestimmen und anpassen.

Aufbau des magnetoresistiven Sensors:

• Gehäuse
• Magnetowiderstände
• Bewegliche Magnete

Die zentralen Elemente des Sensors sind riesige Magnetowiderstände (GMR) oder ihre Gegenstücke, anisotrope Magnetowiderstände (AMR). Die beweglichen Magnete drehen sich durch ein Zahnrad, wobei jedes nachfolgende Antriebsrad einen Zahn mehr hat als das vorherige.

Wie funktioniert der magnetoresistive Sensor? Für jede Lenkradposition gibt es eine bestimmte Position der beweglichen Magnete. Magnetoresistoren bestimmen die Magnetpositionen und auf der Grundlage der erhaltenen Daten berechnet die Steuereinheit den Lenkraddrehwinkel, die Richtung und die Winkelgeschwindigkeit.

Magnetoresistive Sensoren sind die modernsten und zuverlässigsten unter allen beschriebenen Typen.

Ursachen und Anzeichen von Sensorausfällen

Der Lenkwinkelsensor ist eine elektromechanische Baugruppe. Daher sind seine Schwachstellen Metallelemente und Kabel. Wenn beispielsweise die Schutzabdeckung an der Verteilerwelle bricht, beginnt die Welle zu rosten. Wenn dieses Problem nicht rechtzeitig behoben wird, erreicht die Korrosion allmählich den Sensor. Wenn der Sensor außerdem an der Zahnstange angebracht ist und Feuchtigkeit und Schmutz darauf gelangen, können die elektrischen Schaltelemente ausfallen und der Sensor funktioniert nicht mehr oder erkennt den Drehwinkel, die Richtung und die Geschwindigkeit der Lenkraddrehung falsch.

Der Lenkradwinkelsensor ist ein präziser und empfindlicher Mechanismus. Seine Messwerte werden abgelehnt, wenn der physische Nullpunkt verschoben wird, die Aufhängungsgeometrie verletzt wird oder die Batterie abgeklemmt wird. Anzeichen für einen Ausfall des Lenkradpositionssensors:

• Gelbe (Fehler) oder rote (vollständige Abschaltung der Servolenkung) Warnleuchten auf dem Armaturenbrett.
• Das Lenkrad lässt sich nur schwer drehen, es ruckelt und vibriert von einer Seite zur anderen.
• Die Räder reagieren verzögert auf Lenkbewegungen und das Auto zieht zu einer Seite.

Wenn ein Problem mit dem Sensor auftritt, gibt es nur eine Möglichkeit: Man muss sich an eine spezialisierte Werkstatt wenden, um das Lenksystem reparieren zu lassen. Nur ein erfahrener Techniker mit der richtigen Ausrüstung und den richtigen Werkzeugen kann die Ursache der Fehlfunktion finden und beheben, ohne dass schwerwiegende Folgen für das gesamte Lenksystem entstehen.