Opel Astra G Elektromos Szervokormány Hibák és Diagnosztika

Az elektromos szervókormány (EPS) rendszerek mára szinte alapvető felszereltségnek számítanak a modern járművekben. Ennek az egyik legfontosabb előnye, hogy pontosabb és könnyebben karbantartható, mint a hagyományos hidraulikus kormányrendszerek. A 90-es évek második felétől jelentek meg az új autótípusokban az elektromos kormányrásegítők, mint a hidraulikus berendezések alternatívái. Mellettük szólt az egyszerűbb telepíthetőség, valamint, hogy nem közvetlenül a motorteljesítményből fedezik a működésükhöz szükséges energiát, ezáltal az autó kevesebbet fogyaszthat, illetve pár lóerő felszabadulhat.

Azonban, mint minden elektromos eszköz, a szervokormány sem mentes a meghibásodásoktól. Tekintsünk rá egy kicsit a kormányműre, s rájövünk, hogy a technika fejlődésével - ahelyett, hogy egyszerűsödne - egyre bonyolultabbá válik. Először csak gépészeti alkotás, majd belopja magát a hidraulika, végül pedig ránk köszön a villamosság teljes arzenáljával: motor, hajtás, teljesítmény félvezetők, mikrokontroller. Az elektromos kormánymű egy komplex rendszer, amelyben a szervokormány, a kormányszög jeladó, az elektromos motor, és az elektronika összehangoltan működik annak érdekében, hogy megfelelő kormánymű támogatást nyújtson a vezetőnek. A szervokormányt úgy alakítják ki, hogy a gépkocsivezetőnek kormányzáskor a kormányzási ellenállással arányos, de annál lényegesen kisebb erőt kell kifejtenie, azaz továbbra is megmarad a kormányérzéke. Ha szervoberendezés működésképtelenné válik, akkor a gépkocsi kormányozható marad, de a vezetőnek a teljes kormányzási munkát kell kifejtenie.

Az Elektrohidraulikus Szervokormány Technológiája

A tisztán elektromos kormányrásegítés mellett gyártottak-gyártanak úgynevezett hibrid rendszereket is, például ilyen került az Opel Astra G-be is. Ezeknél a kormánymű maradt hidraulikus rásegítésű, csak éppen a szíjhajtású mechanikus olajpumpát cserélték le elektronikusra. Ennek a rendszernek az előnye, hogy a vezérlése hagyományos úton, hidraulikus szelepekkel történik, viszont mivel az olajnyomást elektromotoros pumpa állítja elő, közvetlenül nem vesz le a motor teljesítményéből. Hátránya, hogy a tömítettségre, olajcserére (belső korrózióra) érzékeny hidraulikus rendszer megmaradt. Mivel a belső égésű motor fordulatszáma a forgalmi helyzet, a menetsebesség stb. függvényében állandóan változik, ezért a szervoberendezés működését ettől függetleníteni kellett, a közvetlen szíjhajtást fel kellett váltani a villamos hajtással.

A Villamos Hajtás

A hidraulikus rendszerek villamos hajtásával szemben támasztott főbb követelmények a következők:

kis tömegű motor,
túlterhelhetőség,
fordulatszám szabályozhatósága,
jó hatásfok.

A gépkocsiban rendelkezésre álló 12 V-os egyenfeszültségű hálózat az egyenáramú motorok alkalmazását szorgalmazza.

Toyota Auris hibrid részletes adatok

Kefenélküli Egyenáramú Motorok

Az elektrohidraulikus szervokormány elemei az 1. ábrán láthatók. Annak a feladatnak, hogy egy motort kefék nélkül tápláljunk többféle megoldása lehet:

aszinkron motor és áramirányító kombinációja,
szinkron motor és áramirányító kombinációja,
ismert, hagyományos egyenáramú motor kommutátorának elektronikus megoldással való helyettesítése (kefenélküli egyenáramú motor).

A kefenélküli egyenáramú motorok forgórésze állandó mágnes. Az állórész tekercseit kapcsolótranzisztorokon keresztül táplálják. A tranzisztorokat egyedül a forgórész szöghelyzete szerint kell kapcsolni a fordulatszámtól függetlenül. Ez a feltétele annak, hogy a gép önmagától fel tudjon futni. A forgórész helyzetének a tranzisztorok vezérléséhez szükséges érintkezésmentes érzékelésére sokféle eljárás alakult ki. Ezek közül a legelterjedtebb a két Hall-elem alkalmazása. További megoldások: mágnesességre érzékeny ellenállások vagy diódák, ferrorezonanciás áramkörök, optoelektronikai alkatrészek stb.

A kefenélküli egyenáramú motorok tulajdonságai az egyező alapelvek miatt messzemenően hasonlítanak a hagyományos egyenáramú motorokéihoz: az I motoráram lineárisan nő a nyomatékkal, az n fordulatszám a nyomaték növekedésével enyhén csökken, ha nincs fordulatszám szabályozás. Az állórész tekercselésének rossz kihasználtsága miatt - a klasszikus egyenáramú motorokkal ellentétben, itt minden tekercs csak a körbefordulás egy részében vezet áramot - a kefenélküli motorok rézveszteségei különösen nagyok. Nagy légrésindukció kialakításával a rézveszteségek elfogadható határok között maradnak, ezért gyakran AlNiCo mágneseket alkalmaznak, mivel anizotróp bárium-ferrit mágneseket nehéz hengeres formában előállítani. Az állórész tekercselések rossz kihasználtsága arra vezet, hogy a kefenélküli motorok kisebb teljesítményt tudnak leadni, mint az ugyanannyi anyagot felhasználó hagyományos egyenáramú motorok. A hidraulikus szervókormány szivattyújának hajtáshoz szükséges néhányszor 100 W-os teljesítmény kedvező a kefenélküli egyenáramú gép alkalmazására.

Az Elektronikus Vezérlés

Többfajta vezérlés alkalmazható, annak függvényében, hogy szinkron motort vagy kefenélküli egyenáramú motort kell meghajtani. Egyik fontos adat a vezérlés kiválasztásánál a fázis szám, azaz az állórész tekercseinek megtáplálása. A szinkronmotor megtáplálásához 3 fázisú hídkapcsolású ún. invertert alkalmazunk, amely a gépkocsi akkumulátora által szolgáltatott egyenfeszültséget 3 fázisú váltakozó feszültséggé alakítja. Egy lehetséges megoldás: Infineon C-164-es 16-bites mikrokontroller, amely tartalmaz 64 kB ROM-ot, 4 kB RAM-ot, egy 10-bites A/D átalakítót, USART, SPI és időzítő egységeket, valamint CAN kapcsolódási pontot, kombinálva a TLE 6280 GP meghajtóval és teljesítmény MOSFET-ekkel.

Egy mindkét irányba forogni képes, kefenélküli motor tömbvázlatát is bemutattuk, ahol az irányváltást a Hall-generátorok jeleinek polaritásváltásával lehet megvalósítani. A fordulatszámszabályozás a szaggató-üzemben működő teljesítmény végfokozat (tároló fojtó, szabadonfutó dióda, kapcsoló tranzisztor) segítségével közel veszteségmentesen valósítható meg, miközben a kommutátorfokozat tranzisztorai kapcsolóüzemben működnek. Emellett az áramszabályozó a motor áramát induláskor, fordulatszám változáskor vagy nagy terhelés esetén egy előírt, még károsodást nem okozó határ alatt tartja. Ez az áramkorlátozás természetesen nyomatékhatárolást is jelent, ami a hajtás számára esetleg szükséges nyomatékhatároló tengelykapcsolót szükségtelenné tesz. Álló állapotban a kefenélküli motorral egyszerűen úgy lehet tartónyomatékot elérni, hogy valamelyik tekercsre az elektronikus kommutátortól függően egyenáramot kapcsolunk.

Késések az elektromos Land Rover terveiben

A TRW Rendszer az Opel Astra G-ben

Opel Astra G és Zafira gépkocsikban található, TRW gyártmányú, első generációs elektrohidraulikus szervókormány villamos motorját, vezérlését tettük a boncasztalra, nevezetesen próbapadi mérésnek vetettük alá. Talán ez az egység okozza a legtöbb fejtörést, hiszen a nyomtatott áramkör tartalmazza a villamos hajtást vezérlő elektronikát. Sőt nem árt némi hardverközeli programozásban szerzett elméleti és gyakorlati tapasztalat. Vannak esetek, amikor roncsolásmentesen szinte ki sem bontható a szivattyúval és olajtartállyal egybeépített házból.

Az állórész tekercsek ellenállására (0,4 … 0,5) Ω közötti értékek mérhetők. Ez azt jelenti, hogy egy közvetlen és folyamatos 12 V-os megtáplálásnál akár 30 A áram is átmegy a tekercseken, amely érték nem megengedett, mert a tekercsek túlmelegedéséhez vezet, tekintettel a zománcozott rézhuzalok keresztmetszetére. Viszont szakaszos üzemben, annak függvényében hogyan aránylik a bekapcsolt állapot időtartama a kikapcsolt állapot időtartamához, ettől az értéktől nagyobb áram is folyhat, vagy éppen akár egy rövid ideig tartó túlterhelést is képes elviselni. Az állórész 12 tekercsét 3-as csoportokban táplálják meg. Így négy helyzetbe állítható az állórész mágneses fluxusa. A vezérlő elektronika alapján feltételezhető az impulzusos megtáplálású üzem, amelynek során az árammeredekséget a hasított vasmagon elhelyezett tekercs korlátozza. Ez védelmet nyújt a teljesítmény tranzisztorok nagy árammeredekség terhelése ellen is. Meghibásodásuk esetén ezzel egyenértékű tranzisztorokkal kell cserélni. Mindegyik tranzisztor drain (D), jelen esetben középső kivezetése a tekercsek egyik kivezetésére csatlakozik. A tekercsek másik kivezetése közös sínen van. A csatlakozások sajtolással történnek. Az érintkező felületek galvanikus kapcsolatának ellenőrzése fontos. A forgórész serleges kivitelű, amelynek a belső palástfelületén 14 mágnes van elhelyezve, váltakozó polaritással. A mágnesek mechanikai tulajdonságaira való tekintettel, figyelni kell, hogy mechanikai sérülések ne legyenek, mint pl. repedés, törés. A forgási sebességet a vezérlő áramkör impulzusának frekvenciája, illetve a mágneses fluxus léptetésének módja határozza meg.

Egy Opel Astra G tulajdonos például arról számolt be, hogy a hibát az okozta, hogy a meghajtó tranyók lábai pontheggesztéssel vannak a réz sínekre kapcsolva. Az egyik heggesztés elengedett. Ez a próbák során derült ki, mert a motor simán az akura kötve, néha elindult- néha nem, csak ha kézzel elindítottam. A javítást becsülettel odaforrasztással oldották meg.

Szervokormány Hibajelenségek és Diagnosztika

Az elektrohidraulikus szervokormánynál szétválaszthatunk egy mechanikai szerkezetet, egy hidraulikus berendezést és egy villamos hajtást. Mindegyik kényes szerkezet a maga nemében és komoly szakmai ismereteket igényel a tervezésben, gyártásban, javításban és karbantartásban. Mindegyik szerkezetnek megvannak a sajátosságai, de talán a legnehezebb belelátni a villamos hajtás egybeöntött vezérlő áramkörébe. Ezért a korszerű elektrohidraulikus szervokormánymű diagnosztika kimenettel rendelkezik, amelyik kommunikál a központi elektronikus vezérlő egységgel. Többféle hibaüzenetet tud jelezni, mint például az akkumulátor feszültsége túl kicsi vagy éppen túl nagy, a motorvezérlő elektronika belső áramköre hibás, cserélje ki az elektronikus vezérlő egységet vagy éppen azt, hogy nem talált hibát. Ezen túlmenően egyes üzemi paramétereket is kijelzi, mint például a tápfeszültség, áram, számolt és mért fordulatszám. Ezek az adatok különböző diagnosztika készülékekkel olvashatók ki a soros diagnosztikai aljzaton keresztül.

A diagnosztikai vezetéken mérhető jelek sorozatának oszcilloszkópon mért ábrája látható. A jeleknek két stabil állapota van: az egyik 0 V-on, a másik 12 V-on. Ez a két állapot meredek jelváltozással követi egymást és egy sorozatot alkot, amelyben a jelek egymásutánisága egy bizonyos rendet követ. Ezt nevezik protokollnak és ez az alapja a soros kommunikációnak (adatközlésnek), hasonlóan a CAN rendszerhez, ahol más feszültségszintek és más protokoll van. Bármely protokollnak van indítása, utasítása, adattartalma, ellenőrzése és zárása. Az indítás és zárás még nyomon követhető oszcilloszkópon, de a többi kódolt formában jelenik meg. Ezt visszakódolni nem egyszerű, sőt nem olyan rövid idő alatt, amilyen gyorsan követik egymást a jelsorozatok. Ezért célszerű diagnosztikai műszert használni, amelyik dekódolja a jeleket és a számunkra hasznos adatokat megjeleníti, mint például a hibakódokat vagy a mért villamos jelek nagyságát.

Corolla elektromos ablak beépítés

KIA Ceed kopogó kormánymű hang (elektromos szervo hiba)

Mérési Eredmények és Hibakódok

A különböző paraméterek változása a terhelő áram függvényében vizsgálható. A mérési eredmények összesítése az alábbi megállapításokat tette lehetővé:

a legnagyobb nyomás átlaga 83 bar, a legnagyobb hatásfok átlaga 63%;
a tengely fordulatszáma 2600 min-1 15 A terhelésig, majd 20 A-től 3600 min-1;
a terhelés növelésekor és csökkentésekor a fordulatszám váltás nem azonos értéken történik, tehát úgynevezett hiszterézises jelleget mutat;
30 A felett a fordulatszám a számolt érték alá csökken, tehát már nem szabályozható.
Az akkumulátor feszültsége 12,5 V-ról csökken 10 V-ra a terhelő áram növekedésével.
A legnagyobb felvett teljesítmény a legnagyobb terhelő áramnál 73 A-en 740 W.
A leadott teljesítmény 55 A-nél éri el maximumát 310 W-ot.
A legnagyobb térfogatáram 4,8 liter/perc 20 A-nél mérhető.

A mérés során tapasztalt hibakódok:

Elektronikus vezérlő egység (EVE) csere: Nem számít hibának, hisz a központi elektronika nélkül végeztük a méréseket.
Alacsony akkufeszültség: Normálisnak tekinthető, hisz generátor nélkül mértünk, s mint tudjuk a generátor 14,5 V körül tölti az akkumulátort.
Magas akkufeszültség: Egyszer fordult elő, véletlenszerű hibának minősíthető.
Nincs hiba: Szerencsés eset - ilyen is van…
Belső motor áramköri hiba: Két esetben jelentkezett, de mindkét esetben végigment a próbapadi mérés. A villamos hajtás szétszerelése ezidáig nem történt meg.

Voltak esetek, amikor több hibakód is jelentkezett egy berendezésen.

Gyakori Elektromos Szervokormány Hibák és Okai

Az elektromos kormányrásegítők jellemző hibái nem azonosak a hidraulikus rendszerek tipikus hibajelenségeivel. Habár ez is csak részben igaz, mert a hibrid kormányművek mindkét rendszer hibáiból merítenek. Mivel az elektromos rendszerben is bőven van mechanikai alkatrész, ezek kopása, valamint az elektronikai részegységek kontakthibái is gyakoriak. Opel Astra G típusokban különösen gyakori a szervószivattyú meghibásodása. Amennyiben úgy érzi, hogy nincs szervó rásegítés, vagy szakaszosan működik esetleg zajos, mindenképpen vigye el az autót szervizbe, ahol megtudják állapítani a problémát. Ha tudnak kommunikálni a szivattyúval akkor hibakódokat is ki tudnak olvasni belőle. Ha ez nem sikerül akkor ellenőrizni kell kap-e áramot a szivattyú.

Általános Hibajelek és Tünetek

Rásegítés hiánya, nehéz kormányzás: Az egyik leggyakoribb jel az, amikor a szervókormány hirtelen nehezebben mozdul. Ez gyakran a szervószivattyú meghibásodására, a szervóolaj alacsony szintjére vagy a kormányszög jeladó hibáira vezethető vissza.
Kormányszög jeladó hiba: Az elektromos kormányoszlop problémái vibrációt okozhatnak a kormánykerékben, amely különösen gyorsításkor, valamint kanyarodáskor jelentkezik.
Fogasléc problémák: Ha a kormánymű furcsa zajokat kezd kiadni, akkor valószínűleg mechanikai probléma van a fogasléc, illetve a rendszer egyéb belső alkatrészei között.
Eltolódó kormányhelyzet: Ha a kormány nem középre tér vissza egyenes haladás után, akkor valószínűleg rossz a kormánymű beállítás vagy a szervo elektromos motorja hibásodott meg.
Hirtelen megszűnő szervó támogatás: Az EPS rendszerek egyik legriasztóbb hibája, amikor a szervótámogatás váratlanul, egyik pillanatról a másikra megszűnik. Ez főként az elektrohidraulikus szervókormány esetében fordulhat elő, mivel ezeknél az elektromos és hidraulikus elemek egyaránt jelen vannak.
Zajos működés, búgás, rezonancia: Kormánytekerés közben búgás hallható, vagy rezonancia érezhető a volánon.
Kormány ugrálása, megszorulása: Ha a kormány néha megszorul, aztán megindul, előfordulhat, hogy a csúszó ékszíj okozza a problémát, de a szervoszivattyú vagy a csőrendszer dugulása is okozhatja.
Kormány akadozása: A kormánymű akadása sokszor nem a kormánymű hibája, hanem a kardánok kopása esetleg korrodáltságának a jele.
Nyikorgó kormány: A nyikorgó kormánymű általában azt jelzi számunkra, hogy a kormányoszlop vezetőperselye száraz, vagy a kormányrásegítő a hibás.

Elektromos és Elektronikai Problémák

Akkumulátor és töltés érzékenység: Az EPS rendszerek kifejezetten érzékenyek az akkumulátor, a töltés és persze az autó egész elektromos hálózatának állapotára. Így ezek meghibásodásakor vagy akár ettől függetlenül is tönkre mehet a vezérlőelektronikájuk. Egyik felhasználó jelezte, hogy a kormányszervó csak a motorindítás után több másodperccel később kezd csak működni, amire valószínű okként a gyenge akkumulátor merült fel. Indítás után az áramigény megnő, ami gátolhatja a szervó azonnali működését.
Vezérlőelektronika hibák: Előfordul, hogy egyes típusok elektronikája érzékeny a hirtelen áramlökésekre, így egy akkumulátorlemerülést követő bikázós indítás során olyan feszültséget kapnak, ami káros rájuk. Továbbá, ha a víz bejut az elektromos csatlakozókon keresztül a szivattyú házába, oxidáció lép fel és a tápegység elektronikája zárlatos lesz.
Kormányszög nullpont elállítódása: A hiba oka néha triviális: például futómű-szerelések során elállítódik a kormányoszlop nullpontja. Emiatt egyenes haladáskor is úgy érzékeli a rendszer, mintha enyhén elfordítva lenne a kormány, és ezért működteti, működtetné a szervorásegítést. Ilyenkor a kormánymű elektronikájának újrakalibrálása szükséges, amely szoftveresen a hozzáértőknek rutinfeladat.
Nyomatékérzékelő meghibásodása: Nagyobb a gond, ha maga a nyomatékérzékelő kezdi feladni a harcot, ez érzékeli a kormányelfordítás irányát is. Ha a belső csúszóérintkezők elkopnak, vagy felületi korrózió jelenik meg rajtuk, az általuk küldött jel nem egyenletes. Így persze a rásegítés mértéke sem lesz az, előfordulhat, hogy a helyzethez képest nagyobb, vagy kisebb, vagy éppen semmilyen rásegítést nem ad az elektromotor, mert hát a vezérlés próbálja lekövetni a hamis jeleket küldő nyomatékérzékelő információit.
Motorhibák: A motor is elromolhat, erre utalhat az üzem közbeni búgása, a kormányzás erőszükségletének növekedése, vagy a szervorásegítés megszűnése.

Mechanikai és Hidraulikus Problémák (Elektrohidraulikus Rendszerekben)

Olajszivárgás: A kormánymű folyásának, azaz az olaj szivárgásának a leggyakoribb oka a szimeringek elhasználódása szokott lenni. Ennek a hátterében azonban valamilyen más probléma is állhat. A szimering elhasználódása mögött a kormánymű, vagy annak egyes részeinek fokozott igénybevétele állhat. A kormánymű porvédő harangjainak sérülése vagy nem megfelelő rögzítése miatt por illetve víz kerül a fémfelületre. A por pedig karcolást és kopást okozhat rajta, miközben a víz korrodálhatja azt. Fontos, hogy ha nincs olaj a szivattyúban akkor ne használjuk mert ez komoly károkat okozhat benne.
Kopogás: A kormánymű kopogását a fogasléc fogainak vagy épp az orsó tengelyének kopása okozhatja. De a csapágy vagy a támasztópersely is elkophatott. Az említett alkatrészek kopásával idővel romlik az autó irányíthatósága.
Lógó kormánymű: A lógó kormánymű nem feltétlenül okoz azonnal problémát. Azonban egy időzített bombaként tekinthetünk rá, mivel nagyon terheli és deformálhatja a tömítéseket, az pedig olajfolyást okozhat.
Kormánymű holtjátéka: A kormánymű holtjátéka az a jelenség, amikor a kormánymozgást úgy tudjuk végezni, hogy a kerekek nem mozdulnak el. Ez a típusú kormánymű hiba utalhat kopott kormányműre, esetleg lógó csapágyakra, vagy a kormányösszekötő gömbcsuklóinak a hibájára.
Túl könnyű kormányzás: Ha a kormányt túl könnyen tudjuk mozgatni, akkor az egyik legproblémásabb és legveszélyesebb hibára gyanakodhatunk, vagyis a szervokormánymű orsótengelyén lévő vezérlő meghibásodására. Ez jelentheti a vezérlőtengely gyűrűinek elhasználódását, vagy a kormánymű öntvényházának kopását.

Fontos Tanácsok és Biztonság

Fontos szem előtt tartanunk, hogy ha ilyen tünetet tapasztalatunk, akkor azonnal cselekedni kell, ilyenkor a javítás nem halogatható. Ugyanez a helyzet akkor is, ha már nagyon nagy a kormány holtjáték. Jól látszik tehát, hogy az elektromos szervó hibák széles skálájával találhatjuk szembe magunkat, ezek egy része pedig komoly vezetési problémákat is okozhat. Ha időben fedezzük fel a hibákat, jobbak az esélyeink. Így megúszhatjuk a magas javítási költségeket, esetleg a teljes kormánymű, vagy akár az autó cseréjét is. Érdemes tehát itt és most elolvasnunk, milyen kormánymű hibák fordulhatnak elő.

Nem javasolt közlekedni az autóval, hiszen ha az elfolyt olaj miatt a szivattyú szárazon jár, tönkre mehet, és balesetveszélyes, mivel az autó irányíthatósága sokkal rosszabb. Habár a legtöbb szervót úgy terveztek, hogy menet közben lehetőleg ne álljon le, hanem csak egy következő újraindításkor, ha mégis hibajeleket mutató szervóval kényszerül közlekedni, azonnal keressen szervizt, ahol bevizsgálják és addig is fokozott óvatossággal vezessen. A javítás teljesen hiba (hibakód) és típusfüggő. Leggyakrabban nyomatékszenzor, elektromos panel vagy elektromos motor elektronika szorul javításra. Vannak típusok, ahol kifejezetten gazdaságos a javítás, van ahol pedig a cserével járunk jobban. Ahhoz, hogy biztonságosan közlekedhessünk az autónkkal, elengedhetetlen, hogy a kormánymű megfelelően működhessen. Amennyiben valamilyen meghibásodást észlelünk a kormány esetében, azonnal érdemes felkeresni a szervizt, mert a hiba akár súlyos méreteket ölthet, akár menet közben is elmehet a kormány. Fontos, hogy ha nincs olaj a szivattyúban akkor ne használjuk mert ez komoly károkat okozhat benne. A legtöbb elektromos szervó hiba megelőzhető a rendszer rendszeres karbantartásával és időszakos vizsgálatával.

tags: #elektromos #szervokormány #hibák #opel #astra #g