Wie sich mit elektrischen Lenksystemen im Auto Spritverbrauch und Emissionen reduzieren lassen

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Das elektronische Steuergerät regelt den Elektromotor

Bei einem EPS-System regelt das Steuergerät hauptsächlich den Elektromotor, der in Abhängigkeit des am Lenkrad vom Fahrer erzeugten Drehmoments zusätzliche Lenkkraft über die entsprechende Mechanik auf die Räder ausübt. Es werden sowohl dreiphasige Asynchron- als auch Synchronmotoren eingesetzt. Wegen ihrer guten Effizienz, der hohen Leistungsdichte und einem hohen Drehmoment auch bei niedrigen Drehzahlen sind Permanent-Magnet-Synchronmotoren sehr verbreitet.

Der Mikrokontroller — das Herz des elektrischen Lenksystems

Die Steuereinheit eines elektrischen Lenksystems besteht im Wesentlichen aus dem Mikrokontroller, Komponenten zur Regelung und Überwachung des Motors und Bausteinen für Aufbereitung von Sensorsignalen, Kommunikation und Spannungsversorgung.

Um einen dreiphasigen Elektromotor anzusteuern, müssen vom Zeitgeber des Mikrokontrollers sechs pulsweitenmodulierte Signale zur Verfügung gestellt werden, die über die Leistungsendstufen den Motor ansteuern.

A/D-Wandler im Mikroconroller wandeln Sensordaten zur weiteren Verarbeitung

Zur Drehmoment-Regelung des Motors werden die Phasenströme an einem oder mehreren Messpunkten in den Leistungspfaden erfasst. Des Weiteren können auch Phasenspannungen und die Temperatur der Treiberendstufen überwacht werden, um im Fehlerfalle geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Diese Signale werden dem im Mikrokontroller befindlichen A/D-Wandler zur weiteren Verarbeitung zugeführt.

Aus Sicherheitsgründen kann der Motor im Fehlerfalle über ein Motorrelais abgeschaltet werden, wodurch die aktive Lenkunterstützung nicht mehr zur Verfügung steht.

Zur Bestimmung der Rotorposition werden im allgemeinen Sensoren mit analogen- (z.B. Sinus/Cosinus) oder digitalen Ausgängen (z.B. Inkrementalgeber, Hall Sensoren) eingesetzt. Diese Signale können je nach Sensorart mit dem A/D-Wandler oder dem digitalen Zeitgeber eingelesen und verarbeitet werden.

Lenkradposition und vom Fahrer aufgebrachtes Drehmoment am Lenkrad werden über entsprechende Sensoren aufgenommen, aufbereitet und zur weiteren Verarbeitung dem Mikrokontroller zur Verfügung gestellt. Diese Sensoren liefern je nach Ausführung analoge oder digitale Signale, welche entweder über einen A/D-Wandler oder digitale Schnittstellen wie Serielle Synchrone Schnittstelle, LIN-Bus-Schnittstelle oder Zeitgeber an den Mikrokontroller angebunden werden.

Aus Sicherheitsgründen können auch weitere Signale wie Batteriespannung und Motortemperatur mitüberwacht werden. Andere elektronische Steuereinheiten führen dem Mikrokontroller weitere Informationen als Eingangsparameter zu, z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeit. Dies geeschieht über das Bussystem, das als CAN- oder FlexRay-Bus ausgeführt sein kann.

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