Elektromechanische Servolenkung

Der MINI hatte bisher eine elektrohydraulische Servolenkung.
Im R56 setzt eine rein elektromechanische Servolenkung (EPS: Electronic Power Steering) ein.

Die elektromechanische Servolenkung (EPS) unterscheidet sich zu einer herkömmlichen Hydrolenkung durch die Lenkkraftunterstützung. Die EPS unterstützt den Fahrer durch einen Elektromotor statt durch einen hydraulischen Antrieb.
Der Stellmotor ist nur aktiv, wenn gelenkt wird. Dadurch nimmt der Stellmotor bei Geradeausfahrt keine Leistung auf.

Die elektromechanische Servolenkung bietet folgende Vorteile:

Kraftstoffeinsparung bis zu 0,2 l/100 km und damit Senkung der CO₂-Emission
integrierte, fahrgeschwindigkeitsabhängige Lenkunterstützung (Servotronic)
umschaltbare Lenkkraft (SPORT-Taste)
aktive Lenkradrückstellung

Beim R56 ist die EPS unten an der Lenkspindel angeordnet. Dadurch ist der Übertragungsweg der eingeleiteten Kraft sehr kurz.

Bauteil-Kurzbeschreibung

Folgende Bauteile für die elektromechanische Servolenkung werden beschrieben:

Servoeinheit

Die Servoeinheit besteht aus folgenden Bauteilen:

EPS-Steuergerät
Elektromotor mit Motorlagesensor
Untersetzungsgetriebe mit Lenkmomentsensor

Das EPS-Steuergerät ist ein Teil der elektromechanischen Servolenkung. Das EPS-Steuergerät ist mit 2 Steckverbindungen am Bordnetz angeschlossen.
Der Lenkmomentsensor ist über eine weitere Steckverbindung am EPS-Steuergerät angeschlossen.

Im EPS-Steuergerät sind mehrere Kennlinien für die Servounterstützung, aktive Lenkradrückstellung sowie die Dämpfungscharakteristik gespeichert. Die aus den Eingangsgrößen berechneten Werte ergeben zusammen mit der jeweiligen Kennlinie die notwendige Lenkkraftunterstützung.

Die Sicherungsbox im Motorraum versorgt die Servoeinheit mit Klemme 30.

Index	Erklärung	Index	Erklärung
1	EPS-Steuergerät	2	Lenkmomentsensor
3	Lenkgetriebe	4	Elektromotor

Elektromotor mit Motorlagesensor

Der Elektromotor ist ein kollektorloser, synchroner Gleichstrommotor. Der Elektromotor treibt das Untersetzungsgetriebe an. Dadurch wird das Lenkmoment aufgebracht.

Der Motorlagesensor ermittelt die Position des Elektromotors.
Der Motorlagesensor befinden sich 3 Spulen. Die Elektronik im EPS-Steuergerät regt eine Spule mit Schwingung an. Die beiden anderen Spulen bilden daraus jeweils ein Signal (Sinus und Cosinus). Ein Analog/Digital-Wandler bildet die Hüllkurve der Signale. Daraus berechnet das EPS-Steuergerät die Motorlage.

Index	Erklärung	Index	Erklärung
1	berechnete Motorlage (aus Sinus und Cosinus)	2	Elektronik im EPS-Steuergerät
3	Spule 3 (Signal Sinus)	4	Spule 2 (Signal Cosinus)
5	Spule 1 (Schwingung)

Untersetzungsgetriebe und Lenkmomentsensor

Das vom Elektromotor angetriebene Untersetzungsgetriebe überträgt das Lenkmoment auf das Lenkgetriebe.

Index	Erklärung	Index	Erklärung
1	Lenkmomentsensor	2	EPS-Steuergerät
3	Elektromotor	4	Untersetzungsgetriebe

Das Messverfahren des Lenkmomentsensors besteht aus 2 Schwingkreisen.

Index	Erklärung	Index	Erklärung
1	Lenksäule Ausgang	2	Torsionsstab
3	Spule 1	4	Spule 2
5	Lenksäule Eingang	6	Messring 1
7	Messring 2	8	Messring 3

In den beiden Spulen wird eine oszillierende Spannung angelegt. Über die Lenksäule wird beim Lenken ein Lenkmoment eingeleitet Die Lenksäule verdreht sich über den Torsionsstab. Dadurch ändert sich die Stellung der Messringe. Die Stellung der Messringe wiederum beeinflusst das Magnetfeld um die Spulen. Aus dieser Änderung bildet der Lenkmomentsensor sein Signal über das aufgebrachte Lenkmoment.

SPORT-Taster

Bei gedrücktem SPORT-Taster wird auf eine sportlichere Abstimmung der EPS umgeschaltet.

Index	Erklärung	Index	Erklärung
1	Digitale Motor Elektronik (DME)	2	Schaltzentrum Lenksäule (SZL)
3	Digitale Motor Elektronik (DME)	2	Elektronische Getriebesteuerung (EGS)
5	Zusatzinstrument (KOMBI2)	6	Instrumentenkombination (KOMBI)
7	Junction-Box-Elektronik (JBE)	8	SPORT-Taster am Schalterblock Mittelkonsole

Der SPORT-Taster ist im Schalterblock Mittelkonsole.
Der SPORT-Taster ist an der Junction-Box-Elektronik (JBE) angeschlossen. Die JBE ist durch den PT-CAN (Powertrain-CAN) mit der EPS verbunden.

Folgende weitere Steuergeräte sind an der elektromechanischen Servolenkung beteiligt:

DSC, ASC+T, ABS: Dynamische Stabilitäts-Control, automatische Stabilitäts-Control plus Traktion, Antiblockiersystem

Das Fahrstabilitätsregelsystem liefert die Fahrgeschwindigkeit als Bus-Signal. Dazu ist das entsprechende Steuergerät durch den PT-CAN (Powertrain-CAN) mit der EPS verbunden.

Hinweis: DSC und ASC+T sind Sonderausstattung!

Serienmäßig ist ABS eingebaut.

SZL: Schaltzentrum Lenksäule

Im Schaltzentrum Lenksäule (SZL) ist in der High-Ausstattung der Lenkwinkelsensor integriert. Der Lenkwinkelsensor liefert als Signal den Lenkwinkel. Die Lenkwinkelgeschwindigkeit berechnet die EPS aus der Motorlage.

Das Schaltzentrum Lenksäule ist über den PT-CAN angeschlossen.

Hinweis: Kein Fahrwerks-CAN bei Fahrzeugen ohne DSC!

Bei Fahrzeugen ohne dynamische Stabilitäts-Control (DSC) hat das Schaltzentrum Lenksäule keinen Lenkwinkelsensor. Damit ist auch kein F-CAN vorhanden. Das Schaltzentrum Lenksäule ist dann nur am PT-CAN angeschlossen.

DME und DDE: Digitale Motor Elektronik und Digitale Diesel Elektronik

Die Motorsteuerung liefert das Signal ”Motor läuft” auf dem PT-CAN.

KOMBI: Instrumentenkombination

Bei Ausfall der elektromechanischen Servolenkung (EPS) erscheint im LC-Display ein Check-Control-Symbol. Das Check-Control-Symbol hat folgende Bedeutung:
”Lenkunterstützung ausgefallen. Deutlich verändertes Lenkverhalten.
Gemäßigte Weiterfahrt möglich. Vom nächsten MINI Service prüfen lassen.

Index	Erklärung	Index	Erklärung
1	Instrumentenkombination	2	Check-Control-Symbol

Bei Fahrzeugen mit Car Communication Computer (CCC): Bei einer vorliegenden Check-Control-Meldung ist der Handlungshinweis am Central Information Display (CID) anzeigbar.

Systemfunktionen

Folgende Systemfunktionen sind für die elektromechanische Servolenkung (EPS) beschrieben:

Lenkkraftunterstützung
Anpassung der Lenkkräfte (SPORT-Taster)
Aktive Lenkungsrückstellung
Überspannungserkennung und Unterspannungserkennung
Kontrollfunktion

Lenkkraftunterstützung

Im System integriert ist die Servotronic, die elektronische Regelung der geschwindigkeitsabhängigen Lenkkraftunterstützung. Das EPS-Steuergerät ermittelt die erforderliche Lenkkraftunterstützung aus verschiedenen Eingangsgrößen.

Im Steuergerät sind Kennfelder für die Unterstützungs- und Dämpfungscharakteristiken hinterlegt. Die aus den Eingangsgrößen berechneten Werte ergeben zusammen mit der Kennlinie die notwendige Lenkkraftunterstützung. Vom Elektromotor und dem Untersetzungsgetriebe wird das Lenkmoment erbracht.

Wichtige Eingangsgrößen für die Lenkkraftunterstützung sind:

Fahrgeschwindigkeit
Fahrerseitiges Lenkmoment über Lenkmomentsensor
Lenkwinkelgeschwindigkeit
Lenkwinkel
Betriebstemperatur

Bei Fahrzeugen ohne Lenkwinkelsensor errechnet das EPS-Steuergerät den Lenkwinkel. Die Berechnung wird über einen Algorithmus auf Basis der Raddrehzahlen durchgeführt. Die EPS lernt die Mittelstellung der Lenkung über den Motorlagesensor nach kurzer Fahrzeit.

Anpassung der Lenkkräfte

Über den SPORT-Taster ist sportlicheres Fahren anwählbar. Von der Junction-Box-Elektronik wird das Signal vom SPORT-Taster über den PT-CAN an das EPS-Steuergerät weiter geleitet.

Index	Erklärung	Index	Erklärung
1	Digitale Motor Elektronik (DME)	2	Elektromechanische Servolenkung (EPS)
3	Elektronische Getriebesteuerung (EGS)	4	Junction-Box-Elektronik (JBE)
5	SPORT-Taster

Das EPS-Steuergerät schaltet auf ein Kennfeld für ein sportliches Fahrverhalten um. Die Auslenk- und Haltekräfte sind sportlicher abgestimmt (höherer Lenkkraftverlauf).

Die sportliche Abstimmung wirkt sich durch andere Kennlinien auch auf das Fahrpedalmodul und das Automatikgetriebe aus.

Aktive Lenkungsrückstellung

Die aktive Lenkungsrückstellung ist eine Zentrierung der Lenkung. Dazu benötigt das EPS-Steuergerät den Lenkwinkel vom Lenkwinkelsensor. Die aktive Lenkungsrückstellung stellt einen harmonischen Rücklauf der Lenkung über die gesamte Betriebstemperatur sicher.

Für frontgetriebene Fahrzeuge ist speziell bei kalten Temperaturen eine aktive Lenkungsrückstellung aus den Endpositionen wichtig. Dadurch erhöht sich der Bedienkomfort.

Unterspannungserkennung und Überspannungserkennung

Bei Überspannung größer als 17 Volt schaltet die EPS ab. Das EPS-Steuergerät speichert einen Fehler. Ein Check-Control-Symbol in der Instrumentenkombination leuchtet auf. Wenn die Spannung wieder auf unter 16 Volt sinkt, kehrt die Lenkkraftunterstützung auf den momentan geforderten Wert zurück. Das Check-Control-Symbol erlischt, wenn 100 % der geforderten Lenkkraftunterstützung erreicht werden.

Bei einer Unterspannung kleiner als 9 Volt erkannt wird, schaltet die EPS ab. Das EPS-Steuergerät speichert einen Fehler. Ein Check-Control-Symbol in der Instrumentenkombination leuchtet auf. Bei einer Unterspannung kleiner als 10 Volt wird die Motorleistung reduziert. Wenn die Spannung wieder auf über 10 Volt steigt, kehrt die Lenkkraftunterstützung auf den momentan geforderten Wert zurück. Das Check-Control-Symbol erlischt, wenn 100 % der geforderten Lenkkraftunterstützung erreicht werden.

Kontrollfunktion

In der Instrumentenkombination ist eine Check-Control-Meldung für die elektromechanische Servolenkung (EPS).

Mögliche Ursachen für die Abschaltung des Systems können sein:

Fehler im EPS-Steuergerät, einem integrierten Sensor oder im Motorsteuergerät
Übertemperaturschutz der EPS
Unterspannung oder Überspannung

Hinweise für den Service

Allgemeine Hinweise

Die ersten beiden Jahre wird das Lenkgetriebe stets komplett getauscht. Nach Ablauf dieser Zeit ist voraussichtlich die Einheit aus Elektromotor und EPS-Steuergerät tauschbar.

Diagnosehinweise

Im BMW Diagnosesystem steht folgende Servicefunktion zur Verfügung:

Abgleich Lenkmomentsensor

Dieser Abgleich muss nach Tausch der Einheit aus Elektromotor und EPS-Steuergerät durchgeführt werden. Der vorgeschriebene Ablauf muss befolgt werden.

Wenn das komplette Lenkgetriebe getauscht wird, ist dieser Abgleich nicht erforderlich.

Hinweise zur Kodierung/Programmierung

Nach einem Tausch muss das EPS-Steuergerät kodiert werden.

Einschaltbedingungen

Unter folgenden Bedingungen wird die EPS aktiviert:

Zündung EIN (Klemme 15 und Weckleitung)
Motor läuft

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