Ηλεκτρομηχανικός Σερβομηχανισμός Διεύθυνσης

Ηλεκτρομηχανικός Σερβομηχανισμός Διεύθυνσης

Στο E92 τοποθετείται ένας ηλεκτρομηχανικός σερβομηχανισμός διεύθυνσης (EPS: Electronic Power Steering) στη BMW Σειρά 3. Το EPS τοποθετείται με τον κινητήρα Diesel M57TU2 από 09/2006. Σταδιακά το EPS θα τοποθετείται σε όλα τα περαιτέρω μοντέλα ως μέτρο μείωσης του CO₂.

Το ηλεκτρομηχανικό σύστημα διεύθυνσης (EPS) διαφέρει από το προηγούμενο υδραυλικό σύστημα στην υποβοήθηση της δύναμης τιμονιού.Το EPS υποστηρίζει τον οδηγό μέσω ενός ηλεκτρικού βηματικού μοτέρ αντί για μια υδραυλική μετάδοση.
Το βηματικό μοτέρ είναι ενεργό μόνο κατά το στρίψιμο. Έτσι κατά την ευθεία πορεία το βηματικό μοτέρ δεν καταναλώνει καμία ισχύ.

Το ηλεκτρομηχανικό σύστημα διεύθυνσης παρέχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα:

• μειωμένες δυνάμεις τιμονιού κατά το παρκάρισμα
  
• ενσωματωμένη, εξαρτώμενη από την ταχύτητα υποβοήθηση στριψίματος (Servotronic)
  
• λιγότερο τράνταγμα κατά την κίνηση σε στροφή καθώς και μικρότερες ταλαντεύσεις τιμονιού
  
• ενεργή ρύθμιση πίεσης στριψίματος
  
• Εξοικονόμηση καυσίμου μέχρι 0,2 l/100 km και έτσι μείωση των εκπομπών CO₂
  
• δεν απαιτείται υδραυλικό λάδι
  

Στο E92 το μοτέρ για το EPS βρίσκεται παράλληλα στον άξονα. Η παράλληλη με τον άξονα διευθέτηση έχει πλεονεκτήματα σε σχέση με την τοποθέτηση στο πινιόν ή την κολόνα τιμονιού. Η παράλληλη με τον άξονα διευθέτηση έχει πλεονεκτήματα σε ότι αφορά τις επιτυγχανόμενες δυνάμεις στις μπάρες, την συμπεριφορά σε ταλαντεύσεις καθώς και στην ακουστική.

Σύντομη περιγραφή του εξαρτήματος

Περιγράφονται τα παρακάτω εξαρτήματα για το ηλεκτρομηχανικό σύστημα διεύθυνσης:

Μονάδα σερβό

Η μονάδα σερβό αποτελείται από τα παρακάτω εξαρτήματα:

• Μονάδα ελέγχου EPS
  
• Βηματικό μοτέρ με αισθητήρες θέσης μοτέρ
  
• Κιβώτιο υποβιβασμού
  

Η μονάδα ελέγχου EPS είναι μέρος του ηλεκτρομηχανικού συστήματος διεύθυνσης. Η μονάδα ελέγχου EPS συνδέεται με 2 συνδέσεις με φις στο ηλεκτρικό κύκλωμα του αυτοκινήτου.
Ο αισθητήρας ροπής τιμονιού συνδέεται μέσω μιας περαιτέρω σύνδεσης φις στη μονάδα ελέγχου EPS.

Στη μονάδα ελέγχου EPS είναι αποθηκευμένες πολλές χαρακτηριστικές καμπύλες για την υποβοήθηση σερβό, ενεργή επαναφορά τιμονιού καθώς και την χαρακτηριστική απόσβεσης. Οι τιμές που υπολογίζονται από τα μεγέθη εισόδου δίνουν μαζί με την αντίστοιχη χαρακτηριστική καμπύλη την απαιτούμενη δύναμη υποβοήθησης τιμονιού.

Ο φορέας ασφαλειών πίσω (χώρος αποσκευών) τροφοδοτεί τη σερβομονάδα με ακροδέκτη Kl. 30.

Βηματικό μοτέρ με αισθητήρες θέσης μοτέρ

Το βηματικό μοτέρ είναι ένα χωρίς συλλέκτη, σύγχρονο μοτέρ συνεχούς ρεύματος (μόνιμος μαγνήτης). Το βηματικό μοτέρ κινεί το κιβώτιο υποβιβασμού. Έτσι μεταδίδεται η ισχύς του βηματικού μοτέρ στην κρεμαγιέρα

Στην πλακέτα της μονάδας ελέγχου υπάρχουν 2 αισθητήρες θέσης μοτέρ (πλεονάζοντες). Και οι δύο αισθητήρες χρησιμοποιούν την αρχή του φαινομένου Χωλλ (αισθητήρας Χωλλ με μαγνητικό τροχό). Ο μαγνητικός τροχός είναι στερεωμένος στον άξονα του μοτέρ.
Ο αισθητήρας θέσης μοτέρ 1 υπολογίζει τη θέση του βηματικού μοτέρ. Ο αισθητήρας μεταδίδει ένα ημιτονοειδές σήμα και ένα συνημιτονοειδές σήμα. Από τα σήματα υπολογίζεται η θέση του ρότορα του βηματικού μοτέρ. Ο αισθητήρας θέσης μοτέρ 2 χρησιμοποιείται για την επιτήρηση (Λογικότητα).
Και οι δύο αισθητήρες τροφοδοτούνται με τάση από τη μονάδα ελέγχου EPS.

Κιβώτιο υποβιβασμού

Το κιβώτιο υποβιβασμού μεταδίδει την ισχύ του βηματικού μοτέρ στην κρεμαγιέρα Η σχέση μετάδοσης ανάμεσα στο βηματικό μοτέρ και το τιμόνι είναι περίπου 21:1.

Το κιβώτιο υποβιβασμού αποτελείται από μια ιμαντοκίνηση και έναν κανόνα με σπείρωμα. Ο κανόνας σπειρώματος έχει ένα βήμα 7 mm ανά περιστροφή.
Το βηματικό μοτέρ κινεί τον οδοντωτό κανόνα. Η ιμαντοκίνηση έχει έναν υποβιβασμό 2,85:1. Ο οδοντωτός κανόνας κινεί τον κανόνα με σπείρωμα. Ο κανόνας με σπείρωμα διαθέτει μια εσωτερική ανακυκλοφορία σφαιρών (5 περιστροφές). Ο κανόνας με σπείρωμα είναι βελστιστοποιημένος ως προς τον θόρυβο.

Αισθητήρας ροπής τιμονιού

Ο αισθητήρας ροπής τιμονιού λαμβάνει ψηφιακό από τον οδηγό την εφαρμοζόμενη ροπή τιμονιού. Η περιοχή εργασίας περιλαμβάνει 4 περιστροφές τιμονιού (αντιστοιχεί σε 1440°).

Στον αισθητήρα ροπής τιμονιού υπάρχουν 2 αισθητήρες (πλεονάζον). Και οι δύο αισθητήρες χρησιμοποιούν την αρχή του φαινομένου Χωλλ (αισθητήρας Χωλλ με μαγνητικό τροχό).

Μέσω της ροπής τιμονιού στρέφεται η στρεπτική ράβδος.Έτσι η στρεπτική ράβδος μεταδίδει τη ροπή τιμονιού στο γρανάζι.
Και οι δύο αισθητήρες μεταδίδουν από ημιτονοειδές και ένα συνημιτονειδές σήμα. Από τα σήματα υπολογίζεται η εφαρμοζόμενη από τον οδηγό ροπή τιμονιού του οδηγού. Οι δύο αισθητήρες λειτουργούν ανεξάρτητα μεταξύ τους. Ο 2. αισθητήρας απαιτείται εξαιτίας των υψηλών απαιτήσεων του συστήματος (πλεονάζον).
Οι αισθητήρες ψηφιοποιούν τα υπολογιζόμενα δεδομένα. Τα σήματα μεταδίδονται μέσω μιας πλεονάζουσας δισύρματης σύνδεσης.
Και οι δύο αισθητήρες τροφοδοτούνται με τάση από τη μονάδα ελέγχου EPS.

Περαιτέρω οι μονάδες ελέγχου επικοινωνούν με τον ηλεκτρομηχανικό σερβομηχανισμό διεύθυνσης:

DSC: Δυναμικός Έλεγχος Ευστάθειας

Το σύστημα ευστάθειας αυτοκινήτου μεταδίδει την ταχύτητα του αυτοκινήτου ως σήμα διαύλου. Έτσι η αντίστοιχη μονάδα ελέγχου συνδέεται μέσω του PT-CAN (Powertrain-CAN) με το EPS.

SZL: Κέντρο Διακοπτών Κολόνας Τιμονιού

Ο αισθητήρας γωνίας τιμονιού (SZL) είναι ενσωματωμένος στο Κέντρο Διακοπτών Κολώνας τιμονιού. Ο αισθητήρας γωνίας τιμονιού μεταδίδει ως σήμα τη γωνία τιμονιού.Το σήμα αισθητήρα γωνίας τιμονιού ελέγχεται για λογικότητα με το σήμα του αισθητήρα θέσης μοτέρ. Σε πολύ μεγάλη απόκλιση απενεργοποιείται η υποβοήθηση τιμονιού με καταχώρηση στη μνήμη βλαβών.
Η γωνία τιμονιού και η ταχύτητα γωνίας τιμονιού υπολογίζεται από την EPS από το σήμα του αισθητήρα θέσης μοτέρ. Το σήμα του αισθητήρα γωνίας τιμονιού χρησιμοποιείται μόνο για την αρχικοποίηση και τον έλεγχο λογικότητας.

Το κέντρο διακοπτών κολόνας τιμονού συνδέεται μέσω του PT-CAN.

DME και DDE: Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Κινητήρα ή Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Diesel

Ο έλεγχος κινητήρα μεταδίδει το σήμα ”κινητήρας λειτουργεί” στο PT-CAN. Για συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας (π.χ. εκκίνηση κινητήρα) απαιτείται το σήμα στροφών του κινητήρα.

KOMBI: Ταμπλό οργάνων

Σε περίπτωση βλάβης του ηλεκτρομηχανικού συστήματος διεύθυνσης (EPS) εμφανίζεται στην οθόνη LCD ένα κίτρινο σύμβολο Check-Control.Συγχρόνως ανάβει η ενδεικτική λυχνία στο ταμπλό οργάνων.
Το σύμβολο Check-Control έχει την παρακάτω σημασία:
”EPS χωρίς λειτουργία”

Πιθανές αιτίες για το άναμμα του μηνύματος Check-Control μπορούν να είναι:

• Σφάλμα στη μονάδα ελέγχου EPS, έναν ενσωματωμένο αισθητήρα ή στο βηματικό μοτέρ
  
• Προστασία υπερθέρμανσης EPS
  
• Υποτάση ή υπερτάση
  
• Απώλεια εξωτερικών σημάτων με επίδραση στην υποβοήθηση τιμονιού
  
• Έλλειψη ή όχι πλήρης αρχικοποίηση του τιμονιού (π.χ. εκμάθηση τερμάτων)
  

Λειτουργίες συστήματος

Περιγράφονται οι παρακάτω λειτουργίες συστήματος για το ηλεκτρομηχανικό σύστημα διεύθυνσης (EPS):

• Υποβοήθηση τιμονιού
  
• Ενεργή επαναφορά τιμονιού
  
• Ενεργή αίσθηση τιμονιού
  
• Αναγνώριση υπερτάσης και αναγνώριση υποτάσης
  
• Προστασία υπερθέρμανσης
  
• Αναγνώριση υπερφόρτωσης
  
• Τελικός αναστολέας ως λειτουργία λογισμικού
  

Υποβοήθηση τιμονιού

Στο σύστημα είναι ενσωματωμένο το Servotronic, ο ηλεκτρονικός έλεγχος της υποβοήθησης δύναμης τιμονιού ανάλογα με την ταχύτητα.Η μονάδα ελέγχου EPS υπολογίζει την απαιτούμενη υποβοήθηση δύναμης τιμονιού από διάφορα μεγέθη εισόδου.

Στη μονάδα ελέγχου είναι αποθηκευμένες χαρακτηριστικές καμπύλες για τα χαρακτηριστικά υποβοήθησης και απόσβεσης.Οι τιμές που υπολογίζονται από τα μεγέθη εισόδου δίνουν μαζί με την αντίστοιχη χαρακτηριστική καμπύλη την απαιτούμενη δύναμη υποβοήθησης τιμονιού.Από το βηματικό μοτέρ και το κιβώτιο υποβιβασμού δημιουργείται η υποβοήθηση τιμονιού.

Σημαντικά μεγέθη εισόδου για την υποβοήθηση δύναμης τιμονιού:

• Ταχύτητα αυτοκινήτου
  
• Ροπή τιμονιού από την πλευρά του οδηγού μέσω του αισθητήρα ροπής τιμονιού
  
• ενεργή τάση ηλεκτρικού κυκλώματος
  
• Θερμοκρασία λειτουργίας
  
  

Το EPS προσαρμόζει την απόκλιση των σημάτων του αισθητήρα θέσης μοτέρ και του αισθητήρα γωνίας τιμονιού (π.χ. καμπύλο οδόστρωμα σε ευθεία πορεία).

Ενεργή επαναφορά τιμονιού

Η ενεργή επαναφορά τιμονιού επαναφέρει το τιμόνι μετά από μια καμπή πίσω σε ευθεία θέση, μόλις ο οδηγός σταματήσει να εφαρμόζει ροπή τιμονιού. Για αυτό η μονάδα ελέγχου EPS χρειάζεται τη γωνία τιμονιού από τον αισθητήρα γωνίας τιμονιού.Η ενεργός επαναφορά τιμονιού εξασφαλίζει μια αρμονική επαναφορά του τιμονιού στο σύνολο της θερμοκρασίας λειτουργίας. Είναι σημαντική μια επαναφορά τιμονού από τις τελικές θέσεις ειδικά σε χαμηλές θερμοκρασίες. Έτσι αυξάνεται η άνεση λειτουργίας.

Στην ενεργή επαναφορά τιμονιύ είναι ενσωματωμένος ένας αποσβεστήρας.

Ενεργή αίσθηση τιμονιού

Πληροφορίες για το οδόστρωμα είναι π.χ. οι μεταβολές στον συντελεστή τριβής ή της υφής. Το EPS υπολογίζει την πληροφορία αυτή μέσω της μεταβολής στη ροπή του τιμονιού.

Από τα παρακάτω μεγέθη υπολογίζεται η επιτάχυνση στον εμπρός άξονα:

• Ταχύτητα αυτοκινήτου
  
• Στροφορμή
  
• Πλευρική επιτάχυνση
  

Έτσι το EPS υπολογζίε ένα μέρος της ροπής τιμονιού για την ενεργή ενημέρωση οδοστρώματος.

Αναγνώριση υπερτάσης και αναγνώριση υποτάσης

Σε υπερτάση μεγαλύτερη από 17 Volt απενεργοποιείται η υποβοήθηση τιμονιού.Η μονάδα ελέγχου EPS αποθηκεύει μια βλάβη. Ανάβει ένα σύμβολο Check-Control στο ταμπλό οργάνων. Μόλις η τάση πέσει και πάλι κάτω από τα 16 Volt, η υποβοήθηση δύναμης τιμονού επιστρέφει στην στιγμιαία απαιτούμενη τιμή. Το σύμβολο Check-Control σβήνει, όταν επιτευχθεί το 100 % της απαιτούμενη υποβοήθησης δύναμης τιμονού.

Σε μια υποτάση μικρότερη από 10,5 Volt η ισχύς του μοτέρ μειώνεται γραμμικά μέχρι τα 9 Volt. Κάτω από 9 Volt δεν υπάρχει καμία υποβοήθηση τιμονιού πλέον. Το μήνυμα Check-Control δίνεται στο 40 % της υποβοήθησης τιμονιού (με καταχώρηση μνήμης βλαβών). Μόλις η τάση ανέβει και πάλι πάνω από τα 10 Volt, η υποβοήθηση δύναμης τιμονού επιστρέφει στην στιγμιαία απαιτούμενη τιμή. Το σύμβολο Check-Control σβήνει, όταν επιτευχθεί το 100 % της απαιτούμενη υποβοήθησης δύναμης τιμονού.

Προστασία υπερθέρμανσης

Ως προστασία υπερθέρμανσης το EPS μειώνει την ονομαστική ροπή του μοτέρ σε εξάρτηση από την θερμοκρασία της τελικής βαθμίδας μεταξύ 0 και 100 %. Η μονάδα ελέγχου EPS πραγματοποιεί την μείωση με τις παρακάτω βαθμίδες:

• 100 % στους 95 °C
  
• 60 % στους 110 °C
  
• 0 % στους 115 °C
  
  

Αναγνώριση υπερφόρτωσης

Το EPS αναγνωρίζει υπερφόρτωση όταν διερχόμαστε ένα κράσπεδο. Στην αναγνώριση αυτή συμμετέχουν τα παρακάτω σήματα:

• Γωνία διεύθυνσης
  
• Ταχύτητα γωνίας τιμονιού
  
• Ταχύτητα αυτοκινήτου
  
• Ροπή τιμονιού από τον οδηγό
  
  

Τελικός αναστολέας ως λειτουργία λογισμικού

Το EPS έχει ως λειτουργία λογισμικού αριστερά και δεξιά έναν τελικό αναστολέα. Έτσι προστατεύονται τα μηχανικά τέρματα (αποκρουστήρες) από πρόωρη φθορά.Η λειτουργία λογισμικού χρησιμοποιεί τα παρακάτω σήματα για τον υπολογισμό των τερμάτων:

• Γωνία διεύθυνσης
  
• Ταχύτητα γωνίας τιμονιού
  
  

Οδηγίες για το σέρβις

Γενικές οδηγίες

Προσοχή! Εκμάθηση τερμάτων.

Μετά από μια αντικατάσταση του τιμονιού θα πρέπει να γίνει εκ νέου εκμάθηση των τερμάτων του κιβωτίου τιμονιού.
Η λανθασμένη εκμάθηση των τερμάτων μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα σε χτύπημα από την υποβοήθηση τιμονιού στα τέρματα.

Για την εκμάθηση των τερμάτων θα πρέπει να πληρούνται οι παρακάτω προϋποθέσεις

1. Το αυτοκίνητο βρίσκεται σε οριζόνται επιφάνεια.
   
2. Εμπρός τροχοί ελεύθεροι για τη κίνηση του τιμονιού.
   
3. Ο κινητήρας λειτουργεί
   
4. Το αυτοκίνητο είναι ακινητοποιημένο
   
5. Το πεντάλ φρένων δεν πιέζεται και δεν είναι τραβηγμένο το χειρόφρενο.
   
6. Δεν υπάρχει καμία καταχώρηση μνήμης βλαβών στον Δυναμικό Έλεγχο Ευστάθειας (DSC) και το Κέντρο Διακοπτών Κολόνας Τιμονιού (SZL).
   
7. Ανάβουν η ενδεικτική λυχνία και το σύμβολο Check-Control στο ταμπλό οργάνων.
   
8. Τιμόνι σε ευθεία θέση.
   
   

Κατά την εκμάθηση των τερμάτων θα πρέπει το τιμόνι αργά να κινηθεί πλήρως στα τέρματα αριστερά και δεξιά.Η ταχύτητα κίνησης του τιμονιού θα πρέπει να είναι κάτω από 1 περιστροφή τιμονιού ανά δευτερόλεπτο. Στα τέρματα αυξήστε αργά τη δύναμη τιμονιού, μέχρι να γυρίζει περαιτέρω το τιμόνι.

Μετά από περίπου 5 δευτερόλεπτα σβήνει η ενδεικτική λυχνία και το σύμβολο Check-Control στο ταμπλό οργάνων.

Οδηγίες διάγνωσης

Στο σύστημα διάγνωσης BMW είναι διαθέσιμη η παρακάτω λειτουργία σέρβις:

• Τέρμα
  

Με αυτή τη λειτουργία σέρβις διαγράφονται οι τιμές των τερμάτων (π.χ. σε λανθασμένη εκμάθηση). Συγχρόνως διαγράφεται η απόκλιση της γωνίας τιμονιού.

Οδηγία για την κωδικοποίηση/προγραμματισμό

Μετά από μια αντικατάσταση πρέπει να κωδικοποιηθεί η μονάδα ελέγχου EPS.

Συνθήκες ενεργοποίησης και συνθήκες απενεργοποίησης

Η υποβοήθηση τιμονιού ενεργοποιείται με τις παρακάτω συνθήκες:

• Ανοικτή ανάφλεξη (Ακροδέκτης Kl. 15 Wake-up)
  
• Ο κινητήρας λειτουργεί,
  

Όταν ο κινητήρας είναι σβηστός και η ταχύτητα είναι 0, η υποβοήθηση τιμονιού απενεργοποιείται.

Με κάθε επιφύλαξη για τυπογραφικά λάθη, σφάλματα και τεχνικές αλλαγές.