E92와 함께, 전자-기계식 파워 스티어링(EPS: Electronic Power Steering)이 BMW 3시리즈에 도입된다. 이 EPS는 디젤엔진 M57TU2와 함께 2006년 09월에 도입된다. EPS는 CO2-대책으로서 점차 다른 모든 모델에서 사용될 것이다.
전자-기계식 파워 스티어링 (EPS)은 조향배력 측면에서 기존의 파워 스티어링과 다르다.EPS는 유압식 구동장치 대신에 전기식 액추에이터를 통해 운전자를 지원한다.
액추에이터는 조향될 때에만 활성화된다. 따라서 직진 주행시에는 액추에이터가 작동하지 않는다.
전자-기계식 파워 스티어링은 다음과 같은 장점을 가지고 있다:
E92에서 EPS용 구동장치는 축과 병렬로 배치되어 있다. 축과 병렬로 배치할 경우 피니언 또는 스티어링 칼럼에 배한 경우에 비해 장점들을 가지고 있다. 축과 병렬로 배치할 경우 타이로드에 작용하는 도달가능한 힘, 진동거동 그리고 소음 측면에서 장점을 가지고 있다.
번호 |
설명 |
번호 |
설명 |
|---|---|---|---|
1 |
래크 |
2 |
스티어링토크 센서 |
3 |
컨트롤 유닛 |
4 |
액추에이터 |
5 |
감속 기어 |
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다음과 같은 전자-기계식 파워 스티어링의 구성부품이 설명된다:
서보유닛은 다음과 같은 부품들로 구성되어 있다:
EPS-컨트롤 유닛은 전자-기계식 파워 스티어링의 한 부품이다. EPS-컨트롤 유닛은 2개의 컨넥터를 이용해서 자동차 전원 시스템에 연결되어 있다.
스티어링토크 센서는 그 외의 컨넥터를 통해 EPS-컨트롤 유닛에 연결되어 있다.
EPS-컨트롤 유닛에는 서보 동력, 능동 스티어링휠리셋 그리고 댐핑 특성에 대한 여러 개의 특성곡선이 저장되어 있다. 입력변수로부터 산출된 값은 해당 특성곡선에 가산되어 필요로 하는 조향배력이 된다.
뒤 휴즈 캐리어 (트렁크룸)는 서보유닛에 단자 30을 공급한다.
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설명 |
번호 |
설명 |
|---|---|---|---|
1 |
액추에이터 |
2 |
EPS-컨트롤 유닛 |
3 |
스티어링토크 센서로 가는 컨넥터 |
4 |
자동차 전기 시스템으로 가는 컨넥터 |
액추에이터는 정류자를 사용하지 않는 동기식 직류 모터 (영구자석)이다. 액추에이터는 감속 기어를 구동시킨다. 이를 통해 액추에이터의 출력이 래크로 전달된다.
컨트롤 유닛의 회로기판에는 2개의 모터위치센서 (중복)가 있다. 두 센서는 홀효과의 원리를 이용한다 (마그넷휠이 장착된 홀센서). 마그넷휠은 모터 축에 고정되어 있다.
모터위치센서 1은 액추에이터의 위치를 측정한다. 센서는 사인파 신호와 코사인파 신호를 발생시킨다. 신호로부터 액추에이터의 로터위치가 측정된다. 모터위치센서 2는 감시용이다 (타당성 검사).
두 센서는 EPS-컨트롤 유닛으로부터 전압을 공급받는다.
감속 기어는 액추에이터의 출력을 래크에 전달한다. 액추에이터와 스티어링휠 간의 회전비는 약 21:1이다.
감속 기어는 벨트드라이브와 볼 스크류 드라이브로 구성되어 있다. 볼 스크류 드라이브의 리드(lead)는 1 회전당 7 mm이다.
액추에이터는 타이밍 벨트를 구동시킨다. 벨트드라이브의 감속비는 2.85:1이다.타이밍 벨트는 볼 스크류 드라이브를 구동시킨다.볼 스크류 드라이브는 내부 볼 리턴가이드 (5 회전)를 갖추고 있다. 볼 스크류 드라이브는 소음이 아주 작도록 설계되어 있다.
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설명 |
번호 |
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|---|---|---|---|
1 |
액추에이터 구동축 |
2 |
타이밍 벨트 |
3 |
래크 |
4 |
볼 체인 |
스티어링토크 센서는 운전자가 가한 스티어링토크를 디지털 방식으로 감지한다. 작동범위는 조향핸들 4회전이다 (1440°에 해당됨).
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설명 |
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|---|---|---|---|
1 |
피니언, 토션 로드 포함 |
2 |
스티어링토크 센서 |
스티어링토크 센서에는 2개의 센서가 있다 (중복). 두 센서는 홀효과의 원리를 이용한다 (마그넷휠이 장착된 홀센서).
스티어링토크를 통해 토션 로드가 비틀리게된다.이때 토션 로드는 피니언에 스티어링토크를 전송한다.
두 센서는 각각 사인파 신호와 코사인파 신호를 공급한다. 신호를 근거로, 운전자가 가한 스티어링토크가 측정된다. 두 센서는 서로 독립적으로 작동한다. 시스템의 높은 사용가능도 때문에 2번째 센서가 존재한다 (중복).
센서들은 측정된 데이터들을 디지털화한다. 신호는 중복 2와이어 연결을 통해 전송된다.
두 센서는 EPS-컨트롤 유닛으로부터 전압을 공급받는다.
다음과 같은 기타 컨트롤 유닛들이 전자-기계식 파워 스티어링과 통신한다:
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설명 |
번호 |
설명 |
|---|---|---|---|
1 |
스티어링토크 센서 |
2 |
EPS-컨트롤 유닛 |
3 |
디지털 엔진 일렉트로닉 (DME) 또는 디지털 디젤 일렉트로닉 (DDE) |
4 |
다이내믹 스태빌리티 컨트롤 (DSC) |
5 |
중계상자-일렉트로닉 (JBE) |
6 |
스티어링 칼럼 스위치 블록 (SZL) |
7 |
계기판 (KOMBI) |
8 |
카 액세스 시스템 (CAS) |
F-CAN |
섀시-CAN |
K-CAN |
보디-CAN |
Kl. 15 WUP |
단자 15 깨우기선 (깨우기) |
PT-CAN |
파워트레인-CAN |
주행안정성 제어 시스템은 주행속도를 버스-신호로서 공급한다. 이를 위해 해당 컨트롤 유닛은 PT-CAN (파워트레인-CAN)을 통해 EPS와 연결되어 있다.
스티어링칼럼 스위치블록 (SZL)에는 조향각 센서가 집적되어 있다. 조향각 센서는 신호로서 조향각을 공급한다.조향각센서신호는 모터위치 센서의 신호에 대한 타당성이 점검된다. 편차가 너무 클 경우에는 고장메모리에 수록된 고장과 함께 조향배력이 OFF된다.
모터위치 센서의 신호로부터 EPS는 조향각과 조향각속도를 계산한다. 조향각 센서의 신호는 초기화와 타당성 검사를 위해서만 필요하다.
스티어링칼럼 스위치블록은 PT-CAN을 통해 연결되어 있다.
엔진 제어 시스템은 신호 ”엔진 작동중”을 PT-CAN에 공급한다. 특정 작동조건 (예를 들면 엔진시동)에서는 신호로서 엔진 회전속도가 필요하다.
전자-기계식 파워 스티어링 (EPS) 고장시, LC-디스플레이에 황색 체크-컨트롤-기호가 나타난다.동시에 계기판의 고정 표시등이 점등된다.
체크-컨트롤-기호는 다음과 같은 의미를 가지고 있다:
”EPS 작동하지 않음”
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설명 |
번호 |
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|---|---|---|---|
1 |
계기판 |
2 |
표시등과 체크-컨트롤-기호 |
체크-컨트롤-메시지가 점등되는 예상 원인은 다음과 같을 수 있다:
전자-기계식 파워 스티어링 (EPS)의 다음과 같은 시스템 기능들이 설명된다:
시스템에는 조향배력을 주행속도에 따라 전자적으로 제어하는 서보트로닉이 내장되어 있다.EPS-컨트롤 유닛은 다양한 입력변수로부터 필요한 조향배력을 측정한다.
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설명 |
번호 |
설명 |
|---|---|---|---|
1 |
조향배력장치의 토크 |
2 |
주행속도 |
3 |
운전자가 가한 스티어링토크 |
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컨트롤 유닛에는 배력 특성곡선과 댐핑 특성곡선이 입력되어 있다.입력변수로부터 산출된 값은 특성곡선에 가산되어 필요로 하는 조향배력이 된다.액추에이터와 감속 기어에 의해 조향배력이 공급된다.
조향배력을 위한 중요한 입력변수는 다음과 같다:
EPS는 모터위치 센서와 조향각 센서간의 신호 편차를 적절하게 조정한다 (예를 들면 직진 주행시 구부러진 도로).
액티브 스티어링 리셋은 운전자가 더 이상 조향휠에 스티어링토크를 가하지 않으면, 커브 주행 후에 곧바로 스티어링을 다시 직진 위치로 리셋시킨다. 이를 위해서 EPS-컨트롤 유닛은 조향각 센서로부터의 조향각을 필요로 한다.액티브 스티어링 리셋은 전체 작동 온도 범위에 걸쳐 스티어링의 조화로운 리셋을 보장한다. 특히 낮은 온도에서 최종위치로부터 액티브 스티어링의 리셋이 중요하다. 이를 통해 조작 편의성이 향상된다.
액티브 스티어링 리셋에는 조향핸들이 헛돌아 차체가 좌우로 흔들리는 현상을 감쇠시켜주는 기능이 집적되어 있다.
도로에 대한 정보는 예를 들면 마찰계수 변경 또는 특성 등이다. EPS는 스티어링토크의 변경을 통해 이 정보를 전달한다.
다음과 같은 변수를 근거로 앞차축의 가속이 계산된다:
이로부터 EPS는 액티브 도로 피드백에 대한 스티어링토크의 비율을 다시 계산한다.
전압이 17 V 이상일 경우, 조향배력은 스위치 OFF된다.EPS-컨트롤 유닛은 고장을 수록한다. 계기판의 체크-컨트롤-기호가 점등된다. 전압이 다시 16 V 이하로 내려가면, 조향배력은 현재 요구된 값으로 복원된다. 요구된 조향배력의 100 %에 도달되면, 체크-컨트롤-기호는 사라진다.
전압이 10.5 V 이하일 경우, 모터출력은 9 V까지 선형으로 감소된다. 9 V 이하에서는 조향배력이 더이상 이루어지지 않는다. 조향배력의 40 %에서 체크-컨트롤-메시지가 출력된다 (고장메모리 수록내용 포함). 전압이 다시 10 V 이상으로 상승하면, 조향배력은 현재 요구된 값으로 복원된다. 요구된 조향배력의 100 %에 도달되면, 체크-컨트롤-기호는 사라진다.
과열방지기능으로서 EPS는 출력단계 온도에 따라 엔진-규정토크를 0 ~ 100 % 로 감소시킨다. 이때 EPS-컨트롤 유닛은 다음과 같은 단계들로 감소를 실시한다:
EPS는 보도연석에 의해 눌릴 때 스티어링 시스템에 가해지는 과부하를 감지한다. 이때 다음과 같은 신호들이 감지된다:
EPS는 소프트웨어 기능으로서 좌측과 우측에 엔드스톱을 가지고 있다. 이를 통해 기계식 엔드스톱 (버퍼)의 조기 마모를 방지한다.소프트웨어 기능은 엔드스톱을 계산하기 위해 다음과 같은 신호들을 이용한다:
주의! 엔드스톱 학습.
스티어링을 교환한 후에는 스티어링 기어의 엔드스톱을 새로 학습시켜야 한다.
엔트스톱이 틀리게 학습되면, 엔드스톱에서 조향배력이 급격히 저하되는 현상이 발생할 수 있다.
엔드스톱 학습시 다음과 같은 조건들이 반드시 충족되어야 한다:
엔드스톱 학습시, 스티어링휠을 천천히 한번 좌측과 우측으로 완전히 끝까지 돌려야 한다.조향 속도는 초당 1 회전 이하이어야 한다. 엔드스톱에서 스티어링휠이 더이상 계속 돌아가지 않을 때까지 조향력은 서서히 상승한다.
약 5초 후에 계기판의 표시등과 체크-컨트롤-기호가 소등된다.
BMW 진단시스템에서 다음과 같은 서비스 기능을 사용할 수 있다:
이 서비스 기능은 엔드스톱의 값을 삭제하는데 사용된다 (예를 들면 틀리게 학습된 후). 동시에 조향각에 대한 편차가 삭제된다.
교환 후 EPS-컨트롤 유닛을 코딩해야 한다.
다음과 같은 조건하에서 조향배력이 활성화된다:
엔진이 정지해 있고 주행속도가 0이면, 조향배력은 비활성화된다.
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