Raddrehzahlsensoren im Kraftfahrzeug Funktion, Diagnose

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Unsere Ideen,
Ihr Erfolg.
Raddrehzahlsensoren im Kraftfahrzeug
Funktion, Diagnose, Fehlersuche.
Ideen für das
Auto der Zukunft
Inhalt
Seite
2 Bedeutung von Raddrehzahlsensoren
2–5 Aufbau und Wirkung von Raddrehzahlsensoren
6–9 Praxis-Beispiel zur Fehler-Diagnose im Werkstattalltag
10–11 Fehlersuchbaum Raddrehzahlsensoren
Bedeutung von Raddrehzahlsensoren
Die steigende Komplexität im Straßenverkehr stellt hohe Herausforderungen an den
Autofahrer. Fahrerassistenz-Systeme bieten dem Fahrer Entlastung und optimieren die
Verkehrssicherheit. In nahezu allen europäischen Neufahrzeugen gehören moderne Fahrzeugassistenz-Systeme daher inzwischen zur Grundausstattung und stellen Werkstätten
vor neue Herausforderungen.
Die Fahrzeugelektronik spielt heute in allen Komfort- und Sicherheitsausstattungen eine
Schlüsselrolle. Das optimale Zusammenspiel komplexer elektronischer Systeme sichert
die fehlerfreie Funktion des Fahrzeugs und steigert damit die Verkehrssicherheit.
Die intelligente Datenkommunikation der elektronischen Fahrzeugsysteme wird durch
Sensoren unterstützt. Unter dem Aspekt der Fahrsicherheit sind insbesondere Drehzahlsensoren bedeutend, das zeigt ihre vielfältige Verwendung in verschiedenen
Fahrzeugsystemen.
In Fahrassistenzsystemen wie ABS, ASR, ESP oder ACC werden sie von den Steuergeräten zur Erkennung der Raddrehzahl verwendet.
Die Rad-Drehzahlinformation wird über Datenleitungen vom ABS Steuergerät auch
anderen Systemen (Motor-, Getriebe-, Navigations- und Fahrwerkregelsystemen) zur
Verfügung gestellt.
Durch diese vielseitige Verwendung leisten Drehzahlsensoren einen direkten Beitrag zur
Fahrdynamik, Fahrsicherheit, Fahrkomfort, geringeren Kraftstoffverbrauch und niedrige
Emissionswerte.
Aufbau und Wirkung von Raddrehzahlsensoren
Raddrehzahlsensoren werden aufgrund ihrer Wirkungsweise in aktive und
passive Sensoren unterschieden. Eine eindeutige Zuordnung ist nicht definiert.
Im Werkstattalltag hat sich hierzu folgende Definition durchgesetzt:
Wird ein Sensor erst durch das Anlegen einer Versorgungsspannung „aktiviert“,
und generiert dann ein Ausgangssignal, wird dieser Sensor als „aktiv“ bezeichnet.
Arbeitet ein Sensor ohne eine zusätzliche Versorgungsspannung, wird dieser
Sensor als „passiv“ bezeichnet.
2
Induktive Passive Sensoren
Signalverarbeitung
Die Raddrehzahlsensoren sind direkt über dem Impulsrad angebracht, das mit der Radnabe oder Antriebswelle verbunden ist. Der Polstift, der von einer Wicklung umgeben
ist, ist mit einem Dauermagneten verbunden, dessen Magnetwirkung bis an das Polrad
hineinreicht. Die Drehbewegung des Impulsrades und der damit verbundene Wechsel
von Zahn und Zahnlücke bewirkt eine Änderung des magnetischen Flusses durch den
Polstift und die Wicklung. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziert in der Wicklung
eine messbare Wechselspannung. Die Frequenz und Amplituden dieser Wechselspannung stehen im Verhältnis zur Raddrehzahl (Bild 1). Induktive passive Sensoren
benötigen keine separate Spannungsversorgung durch das Steuergerät.
Bild 1
Bild 2
Da der Signalbereich für die Signalerkennung vom Steuergerät definiert wird, muss sich
die Amplitudenhöhe innerhalb eines Spannungsbereiches bewegen. Der Abstand (A)
zwischen Sensor und Impulsrad wird durch die Achskonstruktion vorgegeben (Bild 2).
Aktive Sensoren
Funktionsweise
Der Aktivsensor ist ein Näherungssensor mit integrierter Elektronik, der mit einer vom
ABS-Steuergerät definierten Spannung versorgt wird. Als Impulsrad kann zum Beispiel
ein Multipolring verwendet werden, der gleichzeitig in einem Dichtring eines Radlagers
eingesetzt ist. In diesem Dichtring sind Magnete mit wechselnder Polrichtung ein.
gesetzt (Bild 3). Die in der elektronischen Schaltung des Sensors integrierten magnetoresistiven Widerstände, erkennen bei der Drehung des Multipolringes ein wechselndes
Magnetfeld. Dieses Sinussignal wird von der Elektronik im Sensor in ein digitales
Signal umgewandelt (Bild 4). Die Übertragung zum Steuergerät erfolgt als Stromsignal
im Pulsweitenmodulationsverfahren. Der Sensor ist über ein zweipoliges elektrisches
Anschlusskabel mit dem Steuergerät verbunden. Über die Spannungsversorgungsleitung wird gleichzeitig das Sensorsignal übermittelt. Die andere Leitung dient als
Sensormasse. Neben magnetoresistiven Sensorelementen werden heute auch Hallsensorelemente verbaut, die größere Luftspalte zulassen und auf kleinste Änderungen
im Magnetfeld reagieren.
Wird in einem Fahrzeug statt einem Multipolring ein Stahl-Impulsrad eingebaut, wird
auf dem Sensorelement zusätzlich ein Magnet aufgebracht. Dreht sich das Impulsrad
verändert sich das konstante Magnetfeld im Sensor. Die Signalverarbeitung und der
IC sind identisch mit dem magnetoresitiven Sensor.
1 Multipolring
2 Sensor
Bild 3
3 Sensorgehäuse
Bild 4
3
Vorteile der Aktivsensoren (im Vergleich zu passiven Sensoren):
Drehzahlerfassung aus dem Stillstand. Das ermöglicht bereits Geschwindigkeitsmessungen bis zu 0,1 km/h, was bei Antriebsschlupfsystemen (ASR) bereits im
Moment des Anfahrens von Bedeutung ist.
Die nach dem Hall-Prinzip arbeitenden Sensoren erkennen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen.
Die Bauform des Sensors ist kleiner und leichter.
Durch den Wegfall der Impulsräder entsteht eine Vereinfachung der Kraftübertragungsgelenke.
Die Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen ist geringer.
Veränderungen des Luftspaltes zwischen Sensor und Magnetring haben keine
direkten Auswirkungen auf das Signal.
Weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen und Temperaturschwankungen.
Auswirkungen bei Ausfall
Folgende Systemmerkmale sind bei Ausfall von Raddrehzahlsensoren erkennbar:
Aufleuchten der ABS-Kontrollleuchte
Abspeichern eines Fehlercodes
Blockieren der Räder beim Abbremsen
Scheinregelungen
Ausfall weiterer Systeme
Ausfallursachen
Leitungsunterbrechungen
Innere Kurzschlüsse
Äußere Beschädigung
Starke Verschmutzungen
Erhöhtes Radlagerspiel
Mechanische Beschädigungen des Geberrades
Fehlersuche
Auslesen des Fehlerspeichers
Überprüfen der Versorgungsspannungen und Signale mit Multimeter und Oszilloskop
Sichtkontrolle der Verkabelung und der mechanischen Baugruppen
Aufgrund ihrer vorteilhaften technischen Eigenschaften, wie Genauigkeit und
geringe Baugröße, werden von den Fahrzeugherstellern seit 1998 vorwiegend
aktive Radsensoren verbaut.
Deshalb wird im nachfolgenden Teil dieser Broschüre die Fehlersuche auf
aktive Raddrehzahlsensoren eingeschränkt.
4
Prüfmöglichkeiten
In der Regel ist vor der Prüfung der Raddrehzahlsensoren eine Störung an einem
ABS /ASR/ESP Bremssystems vorausgegangen. Nach Aufleuchten der Warnlampe
bieten sich folgende Möglichkeiten der Fehlersuche und Diagnose an:
Diagnosegerät
Fehlerspeicher auslesen
Parameter auswerten
Vergleich der Raddrehzahlen auf dem Bremsenprüfstand
Multimeter
Voltmeter
Spannungsversorgung prüfen (Plus und Masse)
Ohmmeter
Nicht anwendbar, da durch die Widerstandsmessung die Sensorelektronik
zerstört werden kann.
Oszilloskop
Signaldarstellung
Auswertung des Signalverlaufes
Voraussetzungen für eine sichere Diagnose sind:
Eine ausreichende Dokumentation in Form technischer Daten
Ein geeignetes Diagnosegerät, Multimeter oder Oszilloskop
Das technische Know-how des Technikers, Schulungen der Mitarbeiter
Bei der Diagnose von komplexen Systemen kann die beste Technik allein nicht helfen
das Fahrzeug zu reparieren. Das wahllose Austauschen von Systemkomponenten
führt in der Regel zu Störungen in den Werkstattprozessen und kann das vertrauensvolle Kundenverhältnis belasten.
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Praxis-Beispiel zur Fehler-Diagnose im Werkstattalltag
An dem folgenden Beispiel „Drehzahlsensor hinten links defekt“ erläutern wir die
Diagnose eines aktiven Raddrehzahlsensors.
Kundenbeanstandung
Ihr Kunde meldet eine Funktionsstörung des ABS-Systems.
Die ABS-Warnlampe leuchtet während der Fahrt
Siehe hierzu auch Grafik auf Seite 10–11 (Geführte Fehlersuche).
Die ABS-Warnlampe leuchtet.
Diagnose-Vorbereitung
Fehlersuche
Praxis-Tipp
Um das Fahrzeug richtig zuordnen zu können, ist es wichtig, dass die Fahrzeugdokumente dem Auftrag beiliegen (Fahrzeugschein).
Überprüfen Sie die Batteriespannung. Eine schlechte Spannungsversorgung kann
zum Systemausfall, zu fehlerhaften Messungen oder zu Spannungsabfällen führen.
Überprüfen Sie die systembezogenen Sicherungen. Ein Blick in den Sicherungskasten kann unter Umständen bereits die erste Fehlerquelle ausschalten.
1. Prüfung der Betriebsbremse
Fahrt auf dem Bremsenprüfstand durchführen. Hier empfiehlt sich die Anwendung eines
Rollenprüfstandes. Schon beim leichten Bremsen können so eventuelle Mängel an
den Bremsmechanik festgestellt werden. Eine Unwucht in der Bremsscheibe führt beim
Einbremsen zu unterschiedlichen Radgeschwindigkeiten und verändert somit die Raddrehzahlinformation zum Steuergerät.
Bremswirkung feststellen.
2. Sichtkontrolle
Fahrzeug auf die Hebebühne verbringen.
Räder auf richtige Größe und Bereifung prüfen.
Reifendruck und Profiltiefe prüfen.
Radlagerspiel und Achsaufhängung prüfen.
Bremsflüssigkeitstand überprüfen.
Verschleiß der Bremsbeläge überprüfen.
Stecker und Verkabelung der Sensoren auf Lage, Befestigung und grobe
Beschädigungen prüfen.
3. Anwendung des Diagnosegerätes
Diagnosegerät an den 16 poligen OBD-Stecker anschließen.
Je nach Fahrzeughersteller und Zulassungszeitpunkt des Fahrzeuges,
kann es erforderlich sein, eine andere Diagnosesteckdose und einen
zusätzlichen Adapter zu verwenden.
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Programm auswählen.
Fahrzeug auswählen.
Kraftstoffart auswählen.
Modell auswählen.
Gewünschte Funktion auswählen.
System auswählen.
Abhängig vom verwendeten Diagnosegerät können hier zusätzliche
Hinweise auf die im Fahrzeug verbauten Systemvarianten angezeigt
werden. Sollte keine eindeutige Zuordnung zum System möglich sein,
kann – ohne das jeweilige Steuergerät zu beschädigen – nacheinander
ein Diagnoseaufbau mit den angegebenen Steuergeräten durchgeführt
werden. Nur das vom Diagnosegerät einwandfrei identifizierte Steuergerät wird die Kommunikation aufbauen.
Fehlerdiagnose starten.
Eine sichere Kommunikation mit dem Steuergerät setzt einen korrekten
Anschluss und eine ausreichende Batteriespannung voraus.
Hier gut zu erkennen die vom Steuergerät ausgewertete Batteriespannung von 12,69 Volt. Eine unzureichende Versorgungsspannung
des Steuergerätes könnte hier ein Hinweis auf einen Mangel an der
Verkabelung oder einen Defekt der Fahrzeugbatterie sein.
4. Fehlerspeicher auslesen
In diesem Beispiel wurde der Fehlercode „Drehzahlfühler hinten links“
abgespeichert.
Neben dem Zahlencode wird von einigen Diagnosegeräten zusätzlich
eine Definition des Fehlercodes angegeben. Dies erleichtert die weiteren
Diagnoseschritte.
5. Details auswerten
Hier werden erste Hinweise auf eine mögliche Fehlerursache
abgespeichert.
Der angegebene Fehlercode weist nicht zwangsläufig auf einen
tatsächlichen Defekt des Bauteils hin. Bevor mit dem Austausch
von Einzelkomponenten begonnen wird, sollten diese Informationen
sorgfältig gelesen werden, um anschließend die weitere Vorgehensweise in der Diagnose festzulegen.
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6. Parameter /Messwertblock auslesen
Hier werden die Istwerte zur weiteren Bewertung angezeigt.
In diesem Fall sieht man deutlich den fehlerhaften Signalverlauf im
Verhältnis zum Sensor HR. Aufgrund der sichtbaren Unregelmäßigkeiten
im Signalverlauf kann man den Mangel eingrenzen.
Hinweis
Weist der Signalverlauf keine Unregelmäßigkeiten auf, sollte zunächst der
Fehler gelöscht werden. Anschließend mit angeschlossenem Diagnosegerät
eine Probefahrt durchzuführen. Hier empfiehlt sich gleichzeitig die Parameter
auszuwerten, damit bei wiederholtem Auftreten des Fehlers eine Eingrenzung
der Ursache besteht.
7. Spannungsversorgung überprüfen
Hier empfiehlt es sich direkt am Sensorstecker zu messen, um die
komplette Leitung zwischen Steuergerät und Sensor zu prüfen.
Praxis-Tipp
Aufgrund der Bauweise des Steckers, ist eine sichere Messung direkt an
den Steckkontakten sehr aufwendig. Es kann nützlich sein, sich aus einem
alten baugleichen Sensor einen Adapter anzufertigen.
8. Sensoraufnahme und Impulsring prüfen
Sensor ausbauen.
Sensor und Impulsring auf Beschädigungen prüfen.
In unserem Beispiel wurde ein Mangel am Sensorkabel festgestellt:
Eine Kabelunterbrechung im Versorgungskabel – verursacht durch
eine mechanische Beschädigung – führte zu einem Wackelkontakt
am Steckergehäuse.
8
9. Raddrehzahlsensor erneuern
Sensoraufnahme reinigen.
Auflagefläche mit einer Drahtbürste oder wenn erforderlich mit
Schmirgelpapier reinigen.
Raddrehzahlsensor ersetzen.
Bitte achten Sie auf die ordnungsgemäße Verlegung und Befestigung
des Sensorkabels.
Anzugsdrehmoment beachten.
Sollte vom Fahrzeughersteller ein Drehmoment vorgegeben sein,
ist dieses einzuhalten.
10. Fehlerspeicher auslesen
Gespeicherten Fehler löschen.
Durch die am Fahrzeug durchgeführten Diagnosearbeiten können
vom Steuergerät zusätzliche Fehler erkannt werden. Diese müssen vor
der Probefahrt gelöscht werden.
11. Probefahrt durchführen
Um nach dem Austausch des Sensors das Raddrehzahlsignal zu
kontrollieren, sollte anschließend eine Probefahrt mit angeschlossenem
Diagnosegerät – bei gleichzeitiger Auswertung der Parameter –
durchgeführt werden.
12. Endkontrolle
Nach der Probefahrt erneut den Fehlerspeicher auslesen.
Durch die Systemvernetzung im Fahrzeug wird ein Mangel im ABS-System
auch in anderen Steuergeräten abgespeichert. Hier empfiehlt sich eine
Gesamtabfrage der Steuergeräte durchzuführen und abgespeicherte
Fehler zu löschen.
Hinweis:
Bitte beachten Sie bei allen Prüf- und Diagnosearbeiten immer die
Angaben des Fahrzeugherstellers. Hier kann es je nach Hersteller zusätzliche fahrzeugspezifische Prüfmethoden geben, die berücksichtigt
werden müssen. Das optimale Zusammenwirken der Faktoren Mensch
und Technik ist wichtiger denn je. Nur der kompetente WerkstattFachmann mit aktuellem Know-how, der sein technisches Equipment
optimal einzusetzen weiß, ist fit für die Anforderungen der Zukunft.
9
Fehlersuchbaum Raddrehzahlsensoren
Beispiel: ABS Warnlampe leuchtet, Radrehzahlsensor (aktiv) hinten links defekt.
Diagnosevoraussetzung: Reifendruck und Profiltiefe in Ordnung.
ABS Warnlampe
leuchtet
Leistungsprüfung der
hydraulischen Bremsanlage
auf dem Bremsenprüfstand.
Bremsflüssigkeit und Verschleiß
der Bremsbeläge
begutachten.
nicht
i. O.
Kunde meldet
Funktionsstörung
Bremsanlage
instandsetzen
Funktionskontrolle
START
i. O.
ENDE
nicht
i. O.
i. O.
Diagnosegerät
vorhanden?
nein
Weiter mit
A
ja
Dialog mit
Steuergerät
möglich?
ja
Spannungsversorgung des Steuergeräts
und des Diagnoseanschlusses i. O.?
nein
nein
Unterbrechungen beseitigen.
Elektrische Verbindungen
instandsetzen
ja
Fehlerspeicher
auslesen
1
Fehler*:
Raddrehzahlsensor
hinten links
nicht i.O.
10
2
Die Parameter der
Raddrehzahlsensoren
mit dem Diagnosegerät
auslesen
Unregelmäßigkeiten
in der Anzeige,
Unterbrechungen im
Signalverlauf oder
fehlendes Sensorsignal
Weiter mit
B
B
Sichtkontrolle der
Sensorleitungen
nicht i. O.
Raddrehzahlsensor
erneuern
Funktionskontrolle
i. O.
nicht
i. O.
i. O.
A
i. O.
Spannungsversorgung des
Raddrehzahlsensors
überprüfen
nicht i. O.
Spannungsversorgung und Verkabelung
des ABS-Steuergerätes auf
Unterbrechung oder Kurzschluss,
sowie die Steckverbindungen
überprüfen
i. O.
Instandsetzung
nach Vorgabe des
Fahrzeugherstellers
durchführen
Raddrehzahlsignal mit
geeignetem Testgerät**
überprüfen
kein Signal
nicht
i. O.
i. O.
Steuergerät
erneuern ***
Funktionskontrolle
Raddrehzahlsensor
erneuern
Funktionskontrolle
Defekte
Bauteile
erneuern
Funktionskontrolle
fehlerhaft
Radlagerspiel
und Impulsrad
prüfen
i. O.
nicht
i. O.
*
Ausgewertet mit Hella Gutmann Solutions-Diagnosegerät „Mega Macs“
** Diagnosegerät oder Oszilloskop
*** Hier sollte sichergestellt sein, dass alle vorausgegangenen Prüfungen
ordnungsgemäß durchgeführt wurden und eindeutig auf einen Defekt
am Steuergerät hinweisen.
ENDE
11
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