Con la E92 nella BMW Serie 3 si impiega un servosterzo elettromeccanico (EPS: Electronic Power Steering). L'EPS viene adottato con il motore diesel M57TU2 da settembre 09/2006. Gradualmente, l'EPS viene impiegato come misura CO2 in tutti gli altri modelli.
Il servosterzo elettromeccanico (EPS) si distingue dal normale servosterzo idraulico per l'asservimento. L'EPS supporta il guidatore con un attuatore elettrico anziché con un motorino idraulico.
L'attuatore è attivo solo in fase di sterzata. In tal modo l'attuatore non assorbe potenza viaggiando in rettilineo.
Il servosterzo elettromeccanico offre i seguenti vantaggi:
Nella E92 il motorino dell'EPS è disposto parallelamente all'asse. Tale disposizione presenta dei vantaggi, rispetto a quella sul pignone o sul piantone dello sterzo, in termini di forze applicate sullo sterzo, comportamento alle oscillazioni e acustica.
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Spiegazione |
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Spiegazione |
|---|---|---|---|
1 |
Cremagliera |
2 |
Sensore coppia sterzante |
3 |
Centralina |
4 |
Motore attuatore |
5 |
Gruppo riduttore |
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Di seguito sono descritti i seguenti componenti del servosterzo elettromeccanico:
L'unità di asservimento è formata dai seguenti componenti:
La centralina EPS è parte del servosterzo elettromeccanico. La centralina EPS è collegata con la rete di bordo da 2 connettori a spina.
Il sensore della coppia sterzante è collegato attraverso un altro collegamento a spina con la centralina EPS.
Nella centralina EPS sono memorizzate più curve caratteristiche per la servoassistenza, il riposizionamento attivo del volante nonché la caratteristica di smorzamento. I valori calcolati dai parametri in ingresso determinano insieme alla rispettiva curva caratteristica la forza di asservimento necessaria.
Il portafusibili posteriore (bagagliaio) alimenta l'unità di asservimento con morsetto 30.
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Spiegazione |
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Spiegazione |
|---|---|---|---|
1 |
Motore attuatore |
2 |
centralina EPS |
3 |
Collegamento a spina al sensore di coppia sterzante |
4 |
Collegamento a spina alla rete di bordo |
L'attuatore è un motorino a corrente continua sincronizzato, privo di collettore (magnete permanente). Esso aziona il gruppo riduttore, trasmettendone la potenza sulla cremagliera.
Sul chip della centralina sono presenti 2 sensori di posizione motore (ridondanza). Entrambi i sensori sfruttano il principio dell'effetto Hall (sensore Hall con ruota magnetica). La ruota magnetica è fissata sull'albero motore.
Il sensore di posizione motore 1 rileva la posizione dell'attuatore. Il sensore emette un segnale sinusoidale ed uno cosinusoidale. Dai segnali si rileva la posizione del rotore dell'attuatore. Il sensore di posizione motore 2 serve a sorvegliare (plausibilità).
I due sensori sono alimentati con tensione dalla centralina EPS.
Il gruppo riduttore trasmette la potenza dell'attuatore sulla cremagliera. Il rapporto di rotazione tra attuatore e sterzo è di circa 21:1.
Il gruppo riduttore è composto da una trasmissione a cinghia ed una con vite a circolazione di sfere. La trasmissione con vite a circolazione di sfere ha un passo di 7 mm per ciascuna rotazione.
L'attuatore aziona la cinghia dentata. La trasmissione cinghia presenta un riduttore di 2,85:1. La cinghia dentata aziona la trasmissione con vite a circolazione di sfere. Questa trasmissione dispone di una ricircolo interno di sfere (5 piste). Essa è ottimizzata sotto il profilo della rumorosità.
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Spiegazione |
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Spiegazione |
|---|---|---|---|
1 |
Albero di comando attuatore |
2 |
Cinghia dentata |
3 |
Cremagliera |
4 |
Catena a sfere |
Il sensore di coppia sterzante rileva per via digitale la coppia applicata dal guidatore. Il campo di lavoro è di 4 rotazioni del volante (corrispondenti a 1440°).
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Spiegazione |
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Spiegazione |
|---|---|---|---|
1 |
Pignone con barra di torsione |
2 |
Sensore coppia sterzante |
Nel sensore di coppia sterzante sono presenti 2 sensori (ridondanza). Entrambi i sensori sfruttano il principio dell'effetto Hall (sensore Hall con ruota magnetica).
Con la coppia sterzante la barra di torsione si torce, trasmettendo la coppia sterzante sul pignone.
I due sensori forniscono ciascuno un segnale sinusoidale ed uno cosinusoidale. Dai segnali si rileva la coppia sterzante applicata dal guidatore. I due sensori funzionano indipendentemente l'uno dall'altro. Il 2° sensore è presente per garantire una maggiore disponibilità del sistema (ridondanza).
I sensori digitalizzano i dati rilevati. I segnali vengono trasmessi attraverso un collegamento ridondante bifilare.
I due sensori sono alimentati dalla centralina EPS.
Con il servosterzo elettromeccanico comunicano le seguenti centraline:
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Spiegazione |
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Spiegazione |
|---|---|---|---|
1 |
Sensore coppia sterzante |
2 |
centralina EPS |
3 |
Elettronica digitale del motore (DME) o elettronica digitale diesel (DDE) |
4 |
Controllo dinamico della stabilità (DSC) |
5 |
Elettronica junction box (JBE) |
6 |
Centro di comando sul piantone dello sterzo (SZL) |
7 |
Strumentazione centrale (KOMBI) |
8 |
Car Access System (CAS) |
F-CAN |
CAN autotelaio |
K-CAN |
CAN carrozzeria |
Kl. 15 WUP |
Morsetto 15 linea di eccitazione (wake-up) |
PT-CAN |
CAN Powertrain |
Il sistema di regolazione della stabilità di marcia comunica la velocità di marcia sotto forma di segnale bus. A tal fine la centralina corrispondente è collegata attraverso il PT-CAN (CAN Powertrain) con l'EPS.
Nel centro di comando sul piantone sterzo (SZL) è integrato il sensore angolo di sterzata. Il sensore angolo di sterzata comunica l'angolo di sterzata sotto forma di segnale. Il segnale del sensore angolo di sterzata è controllato in relazione alla sua plausibilità rispetto al segnale del sensore di posizione pedale. In caso di eccessivo scostamento, il servosterzo si disinserisce con la registrazione di un difetto in memoria.
L'EPS calcola l'angolo di sterzata e la relativa velocità dal segnale del sensore di posizione motore. Il segnale del sensore angolo di sterzata è necessario solo per l'inizializzazione e la plausibilità.
Il centro di comando sul piantone dello sterzo è collegato attraverso il PT-CAN.
La centralina di gestione motore emette il segnale ”Motore in funzione” sul PT-CAN. Per determinate condizioni di esercizio (ad es. avviamento del motore) il regime motore è necessario come segnale.
In caso di avaria del servosterzo elettromeccanico (EPS) nel display LC compare un simbolo Check Control giallo. Contemporaneamente, nella strumentazione si accende la spia di controllo fissa.
Il simbolo Check Control ha il seguente significato:
”EPS inefficiente”
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Spiegazione |
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Spiegazione |
|---|---|---|---|
1 |
Strumentazione |
2 |
Spia di controllo e simbolo Check Control |
Possibili cause di attivazione del messaggio Check Control sono:
Di seguito si descrivono le seguenti funzioni del sistema del servosterzo elettromeccanico (EPS):
Nel sistema è integrato il Servotronic, la regolazione elettronica dell'asservimento in funzione della velocità. La centralina EPS rileva il grado di asservimento necessario dai diversi parametri in entrata.
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Spiegazione |
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Spiegazione |
|---|---|---|---|
1 |
Coppia dell'asservimento |
2 |
Velocità di marcia |
3 |
Coppia applicata dal guidatore |
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Nella centralina sono memorizzate curve caratteristiche per l'asservimento e lo smorzamento. I valori calcolati dai parametri in ingresso generano insieme alla curva caratteristica l'asservimento necessario. L'attuatore ed il gruppo riduttore generano l'asservimento.
Parametri in entrata importanti per l'asservimento sono:
L'EPS adatta lo scostamento dei segnali del sensore di posizione motore e del sensore angolo di sterzata (ad es. fondo stradale in curva in caso di marcia rettilinea).
Dopo una curva il riposizionamento attivo riporta lo sterzo in posizione di marcia rettilinea non appena il guidatore non applica più coppia sterzante. A tal fine la centralina EPS necessita dell'angolo di sterzata dal relativo sensore. Il riposizionamento attivo dello sterzo assicura un ritorno armonico dello sterzo lungo l'intero intervallo della temperatura d'esercizio. In particolare a temperature fredde, il riposizionamento attivo dello sterzo dalle posizioni di fine corsa è particolarmente importante. In tal modo il comfort di guida aumenta.
Nel riposizionamento attivo dello sterzo è integrato uno smorzatore di serpeggiamento.
Informazioni sul fondo stradale sono ad es. variazioni del valore di attrito o le relative condizioni. L'EPS trasmette queste informazioni modificando la coppia sterzante.
Dai seguenti parametri si calcola l'accelerazione sull'assale anteriore:
Da questi parametri l'EPS calcola a sua volta una parte della coppia sterzante per la retrosegnalazione attiva del fondo stradale.
In caso di sovratensione superiore a 17 Volt l'asservimento si disinserisce. La centralina EPS memorizza un difetto. Nella strumentazione si accende un simbolo Check Control. Se la tensione scende nuovamente sotto 16 Volt, l'asservimento ritorna al valore momentaneamente necessario. Il simbolo Check Control si spegne quando si raggiunge il 100 % dell'asservimento richiesto.
In caso di sottotensione inferiore a 10,5 Volt la potenza del motore si riduce in modo lineare fino a 9 Volt. Sotto i 9 Volt l'asservimento è nullo. Il messaggio Check Control viene emesso al 40 % dell'asservimento (con registrazione di un difetto in memoria). Se la tensione aumenta nuovamente oltre 10 Volt, l'asservimento ritorna sul valore necessario al momento. Il simbolo Check Control si spegne quando si raggiunge il 100 % dell'asservimento richiesto.
Come protezione dal surriscaldamento l'EPS riduce la coppia nominale del motore in funzione della temperatura dello stadio finale tra lo 0 e il 100 %, procedendo come segue:
L'EPS riconosce uno stato di sovraccarico nell'essere spinti via dal bordo del marciapiede. Nella funzione di riconoscimento rientrano i seguenti segnali:
L'EPS dispone a sinistra e a destra come funzione software di una battuta di fine corsa. In tal modo le battute di fine corsa meccaniche (tamponi) sono protette dall'usura precoce. La funzione software utilizza i seguenti segnali per il calcolo delle battute di fine corsa:
Attenzione: Inizializzare le battute di fine corsa.
Dopo aver sostituito lo sterzo occorre reinizializzare le battute di fine corsa della scatola sterzo.
Eventuali battute inizializzate in modo anomalo possono provocare l'avaria improvvisa dell'asservimento nella battuta.
In fase di inizializzazione delle battute devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:
Nell'inizializzare le battute di fine corsa è necessario girare una volta lentamente il volante da battuta a battuta. La velocità di sterzata deve essere inferiore ad una rotazione al secondo. Sulle battute di fine corsa aumentare lentamente la forza sterzante fino a che il volante non gira più.
Dopo 5 secondi circa la spia di controllo ed il Check Control nella strumentazione si spengono.
Nel sistema di diagnosi BMW è disponibile la seguente funzione Service:
Con questa funzione Service si cancellano i valori delle battute di fine corsa (ad es. dopo un'inizializzazione errata). Contemporaneamente, si cancella lo scostamento dall'angolo di sterzata.
Dopo la sostituzione la centralina EPS deve essere codificata.
L'asservimento si attiva nelle seguenti condizioni:
A motore fermo e con velocità di marcia pari a 0, l'asservimento si disattiva.
Salvo refusi, errori e modifiche tecniche.