Le automobili moderne si affidano sempre più all'elettronica per gestire una vasta gamma di funzioni, in particolare quelle legate ai sistemi di assistenza alla guida. Tra i componenti cruciali in questo contesto, il sensore angolo di sterzo (SAS) ha assunto un'importanza crescente. Questo breve approfondimento esplorerà in dettaglio il funzionamento del sensore angolo di sterzo, le conseguenze di un'avaria o di una staratura e le procedure di calibrazione necessarie per veicoli come la BMW F30.
L'Evoluzione del Sensore Angolo di Sterzo e la Sua Funzione nei Sistemi Moderni
I sensori dell'angolo di sterzo sono entrati in scena ormai da oltre un decennio, e la loro funzione si è evoluta in modo significativo nel tempo. Da semplici "sentinelle" incaricate di capire se e quando il guidatore gira il volante, in particolare sulle prime auto dotate di servosterzo elettrico (EPS), questi sensori sono diventati componenti indispensabili per il funzionamento dei sistemi di sicurezza avanzati, noti come ADAS (Advanced Driver Assistance Systems).
Prima di addentrarci nelle situazioni che richiedono una calibrazione del sensore angolo di sterzo, è fondamentale comprenderne il funzionamento. I sensori angolo di sterzo possono differire nella tecnologia in base al modello di auto, ma tutti hanno il compito comune di fornire informazioni precise alle centraline che gestiscono i sistemi ADAS. Il sistema di controllo elettronico della stabilità (ESC) e il sistema di mantenimento della corsia (LKA) sono due chiari esempi di quanto sia cruciale il funzionamento dei sensori angolo di sterzo.
Elaborando tutte queste informazioni e confrontandole con la velocità dell'auto, l'imbardata e altri dati dinamici, vengono attivate o meno delle azioni, bypassando talvolta i comandi del guidatore per garantire la sicurezza. Se, ad esempio, le telecamere rilevano che l'auto sta superando la linea della carreggiata, il sistema LKA corregge la traiettoria applicando una coppia ben precisa al volante. Allo stesso modo, nei casi in cui i dati dinamici del veicolo, confrontati con la velocità e la traiettoria dell'auto, lanciano un "allarme sbandata", il sistema ESC interviene frenando selettivamente le ruote per riportare tutto sotto controllo.
Taratura del sensore angolo di sterzo | VDO Autodiagnos Check
Il sensore angolo sterzo è un componente fondamentale del sistema di controllo elettronico della stabilità del veicolo (sistema ESC). Esso serve a rilevare con precisione la posizione delle ruote in base all'angolo di ingresso dello sterzo, e lavora in sinergia con i vari sensori del sistema di controllo stabilità, come l'accelerometro e il sensore di velocità delle ruote. Questa collaborazione permette di monitorare l'assetto dinamico del veicolo e inviare le informazioni alla centralina ABS per un controllo ottimale del veicolo. In pratica, il sensore di coppia collegato al piantone dello sterzo rileva l'angolo con cui si sposta il piantone mentre si sterza con il volante, e tale dato è inviato alla centralina per controllare la sterzata della vettura e la stabilità del veicolo.
Tipologie e Posizionamento dei Sensori Angolo di Sterzo
Il sensore angolo sterzo si trova generalmente all'interno del piantone sterzo, spesso sul retro dello sterzo. I sensori angolo sterzo possono essere di tipo analogico o digitale. Nei sensori analogici, quando la ruota gira, il sensore emette un segnale tra 0 e 5 volt: la differenza di tensione serve per determinare l'angolo della sterzata e la velocità di rotazione. I sensori analogici sono cablati con riferimento a 5 volt, massa del telaio e uscita del segnale.
Nei sensori angolo sterzo di tipo digitale, invece, è un LED a misurare angolo e velocità di sterzata, rilevando lo scostamento tra la posizione dello sterzo e la direzione di marcia del veicolo. In questo caso, il sistema ESP di controllo della stabilità interviene per correggere il problema e mantenere il controllo della vettura. I sensori digitali, tuttavia, utilizzano una luce a LED per misurare la velocità di sterzata, l’angolo della ruota, la direzione della svolta e altre informazioni importanti.
Il sensore SAS lavora in sinergia con il servosterzo elettrico e la pompa del servosterzo. Quando il guidatore gira il volante, il sensore rileva l'intensità e l'angolo della sterzata, attivando il motore elettrico per ridurre lo sforzo necessario a sterzare. Dialogando con la centralina ABS e ESP, il sistema rileva la traiettoria dell'auto (ad esempio, se sta curvando o sta percorrendo un rettilineo) e attiva le correzioni necessarie per non far perdere stabilità al veicolo.
Il sensore angolo sterzo appartiene alla categoria dei sensori dell’angolo di rotazione, che vengono utilizzati in tutti i casi in cui si deve misurare un movimento di rotazione. Nel tempo, i sensori basati sul potenziometro meccanico, che rileva il valore della resistenza attraverso contatti d'attrito, sono stati via via sostituiti da sensori basati sulla tecnologia di misura a induzione, che non prevede nessun attrito. Sempre più spesso, inoltre, i sensori angolo sterzo sono allocati nel modulo di controllo del servosterzo elettromeccanico. Ciò richiede sensori che siano di dimensioni il più possibile ridotte ma al tempo stesso che abbiano una resistenza tale da funzionare in tutte le condizioni e garantire sempre misurazioni affidabili, rapide e precise, con un adeguato grado di compatibilità elettromagnetica, caratteristica che diventa particolarmente importante quando si ha a che fare con veicoli elettrici.
Su alcune auto possono essere installati anche avanzati sensori combinati che rilevano il momento e l’angolo di sterzata. Il momento di sterzata indica la forza, espressa in Nm, che serve per azionare il volante in base alla velocità con cui procede la vettura, all'intensità con cui si sta sterzando e all'angolo di sterzata, in modo tale che anche il feedback del volante sia adeguato.
Segnali di Avaria o Staratura del Sensore Angolo di Sterzo
Come tutti i componenti elettronici, anche il sensore angolo sterzo può danneggiarsi o non funzionare più correttamente. I sintomi di un sensore dell’angolo di sterzata difettoso possono essere in certi casi evidenti, traducendosi in "anomalie" in fase di sterzata di cui il guidatore facilmente si accorge.
Un sensore dell'angolo di sterzo difettoso può dunque impattare sulla risposta del veicolo in fase di sterzata, con problemi più o meno evidenti a mantenere la traiettoria giusta o a tenere correttamente le curve. Il problema potrebbe anche riguardare la scatola sterzo, ma per prima cosa è opportuno verificare con lo strumento di diagnosi il corretto funzionamento del sensore sterzo.
L'avaria al sensore angolo di sterzo è quasi sempre collegata ai sistemi di assistenza, per cui è possibile accorgersi del problema quando si accende una delle spie del controllo di stabilità, di trazione, del servosterzo o messaggi di errore più specifici in base al modello. Ad esempio, se un SAS si guasta, attiverà una spia di avvertenza relativa al sistema di stabilità sul cruscotto, indicando che il sistema è stato disabilitato e richiede manutenzione. In questi casi, sarebbe opportuno consultare il manuale d'istruzioni ed evitare di guidare l'auto, se non per pochi chilometri fino all'officina a bassa velocità. Una volta là, si procederà con una diagnosi auto e, se necessaria, la calibrazione del sensore angolo di sterzo andrà eseguita secondo le procedure tecniche consigliate dal Costruttore.
Un sensore angolo di sterzo difettoso o disallineato può inviare informazioni imprecise alla centralina elettronica (ECU), causando una "corsa nel volante". Ad esempio, su una BMW 318 con problemi simili, si sono accese le spie del controllo trazione (pur non avendo il TCS), del freno a mano e dell'ABS. La diagnosi ha rilevato un errore al sensore di posizione sterzo.
In un caso specifico, su una BMW X5, un errore del sensore angolo di sterzata in diagnosi BMW si è risolto sostituendo un braccio anteriore destro difettoso che causava vibrazioni alla ruota, le quali a loro volta "facevano impazzire il sensore", provocando l'accensione della spia 4x4. Questo dimostra come problemi meccanici apparentemente non correlati possano influenzare il funzionamento dei sensori elettronici.
Quando è Necessaria la Calibrazione del Sensore Angolo di Sterzo
La calibrazione dei sensori angolo sterzo è generalmente necessaria quando si interviene sugli organi di sterzo e raramente è necessario sostituire il sensore, dato che la sua vita teorica è così lunga che spesso non esiste neppure come ricambio. Tuttavia, i sensori angolo sterzo possono anche essere danneggiati quando si lavora su altre parti del veicolo, come sullo sterzo stesso.
Con la diffusione dei sistemi di controllo elettronico della stabilità (ESC), l’intervento di ripristino del SAS è diventato di routine per gli autoriparatori, anche nei casi in cui non si riscontri un guasto al sensore angolo sterzo. La calibrazione del sensore angolo di sterzo diventa quindi un’operazione imprescindibile per assicurare il corretto funzionamento dei vari dispositivi e dell’intero sistema di controllo della stabilità. Un sensore sterzo non correttamente calibrato porta infatti in breve tempo all’accensione della spia ESC e alla disabilitazione del sistema ESC.
Oltre alla procedura di reset del sensore angolo sterzo, che come visto sopra si rende necessaria dopo l’intervento di allineamento ruote, nei veicoli dotati di ADAS è spesso richiesta la ricalibrazione del sensore quando si va a intervenire su dispositivi come il mantenimento di corsia o la frenata automatica d’emergenza o il cruise control adattivo. Il sensore angolo sterzo interagisce infatti con tutti gli altri sensori dei dispositivi ADAS ed è dunque necessario calibrare il sensore della sterzata con i componenti di questi sistemi che entrano in gioco.
Il Sistema DSC e l'Angolo Complessivo del Volante nelle BMW
Per funzionare, il sistema DSC (Dynamic Stability Control) richiede il valore complessivo dell'angolo del volante, che viene misurato dal sensore dell'angolo di sterzata. Il sensore dell'angolo di sterzata è dotato di due potenziometri offset di 90°. L'angolo del volante determinato da questi due potenziometri copre un intero giro del volante; ciascuno di questi valori viene ripetuto dopo +/- 180°. Il sensore di angolo di sterzata memorizza e conta i giri del volante. L'angolo complessivo del volante è pertanto costituito dall'angolo corrente del volante insieme al numero di rotazioni del volante.
Affinché l'angolo complessivo del volante sia disponibile in qualsiasi momento, è necessario un rilevamento ininterrotto dei movimenti di tutte le ruote sterzanti, anche quando il veicolo è fermo. Per raggiungere questo obiettivo, il sensore dell'angolo di sterzata è permanentemente collegato al Terminal 30, il che significa che i movimenti del volante vengono rilevati anche con il motore spento.
L'angolo di sterzata rilevato dai potenziometri rimane disponibile anche dopo interruzioni dell'alimentazione; il numero di giri del volante, tuttavia, non lo è. Per fare in modo che il sensore dell'angolo di sterzata rimanga funzionale dopo un'interruzione dell'alimentazione, è stato integrato un software che calcola il numero di rotazioni del volante sulla base della velocità di rotazione delle ruote (e, in alcuni modelli, il volante viene girato dal blocco a fine corsa). Questo processo è denominato inizializzazione o imposizione.
Se l'imposizione non riesce nel momento in cui si raggiunge una velocità di circa 20 km/h da fermo, il DSC viene commutato in modalità passiva, la spia DSC si accende e un errore viene registrato sulla centralina DSC. Il processo di imposizione viene eseguito ogni volta che il quadro è acceso se il numero di giri del volante non è disponibile.
I veicoli a quattro ruote motrici sono un'eccezione a questa regola: il sistema DSC viene immediatamente commutato in modalità passiva e un guasto viene inserito nella memoria della centralina DSC se vi è stata un'interruzione della tensione di alimentazione al sensore dell'angolo di sterzata. In contrasto con i veicoli tradizionali con guida, il processo di imposizione non viene poi interrotto al raggiungimento di una determinata velocità su strada, ma continua fino a quando il DSC non riceve i dati corretti dell'angolo di sterzo. A quel punto, la spia DSC si spegne e il DSC è di nuovo operativo. In entrambi i casi, non viene registrato alcun errore sul sensore dell'angolo di sterzata.
Come misura di sicurezza aggiuntiva, la centralina DSC calcola l'angolo di sterzata in funzione della velocità delle ruote e la confronta con le informazioni fornite dal sensore dell'angolo di sterzata. Questo controllo di plausibilità impedisce il funzionamento del veicolo sulla base di una calibrazione errata. Una scorretta posizione zero può derivare da calibrazione errata o alterazione della geometria dello sterzo a seguito di danni o riparazioni. Un altro fattore di sicurezza è l'assegnazione precisa del sensore al veicolo. La calibrazione memorizza in modo permanente l'attuale posizione del volante come posizione di marcia rettilinea nella EEPROM del sensore dell'angolo di sterzata. Pertanto, le ruote anteriori e il volante devono essere impostati esattamente sulla posizione di marcia rettilinea prima della calibrazione. Inoltre, il numero di identificazione del veicolo viene letto dalla strumentazione e memorizzato in modo permanente nella EEPROM del sensore dell'angolo di sterzata.
Il sensore di angolo di sterzata è permanentemente collegato al Terminal 30, che dispone anche di un proprio fusibile. Inoltre, il sensore dell'angolo di sterzata riceve anche un alimentatore dal terminale 87 o, a seconda del modello, dal morsetto 15. Quando viene rilevato un errore dopo lo spegnimento del motore, il contatore di frequenza viene incrementato di "1". Se l'errore non si verifica durante il prossimo viaggio, il contatore di frequenza viene ridotto di "1".
Procedure di Calibrazione del Sensore Angolo di Sterzo
Le procedure per calibrare il sensore angolo di sterzo possono variare a seconda del modello del veicolo e del produttore.
Auto-calibrazione
Alcuni veicoli più recenti possono auto-calibrare il sensore. Questa procedura avviene automaticamente ruotando lo sterzo prima da una parte e poi dall'altra, e poi spegnendo e riaccendendo il quadro. "Andrea, avevo sentito parlare che si tarava da solo facendo come hai detto tu!!! pensavo fosse una bufala!!!".
Prova di Guida
I veicoli più recenti con sensori di velocità delle ruote più avanzati possono ripristinare automaticamente il proprio sensore dell'angolo di sterzo alla successiva guida del veicolo in linea retta per un periodo prestabilito.
Ripristino con Strumento di Diagnosi
Nella maggior parte dei veicoli è necessario lo strumento diagnostico per ricalibrare il sensore. In altri casi, è necessario seguire la procedura prevista dal costruttore e attivare la serie di comandi prevista per avviare la calibrazione del sensore. Su alcuni veicoli potrebbe essere necessario un ripristino con uno strumento di diagnosi. In alcuni dispositivi di allineamento è presente un'apposita funzione automatica di ripristino del sensore angolo sterzo, non richiedendo quindi di utilizzare successivamente lo strumento di diagnosi.
È in genere consigliato di eseguire la calibrazione del SAS con il veicolo a terra e non su un sollevatore. In caso di dubbi, consultare sempre il manuale di assistenza del produttore per la procedura corretta.
Manutenzione e Sostituzione del Sensore Angolo di Sterzo
Sebbene i sensori angolo sterzo siano progettati per durare per tutta la vita di un veicolo, proprio come altri componenti elettronici, sono soggetti a usura. I sensori angolo sterzo possono anche essere danneggiati quando si lavora su altre parti del veicolo, come sullo sterzo.
In caso di malfunzionamento, anche se progettato per durare tutta la vita del veicolo, il sensore angolo sterzo va prontamente sostituito dall'autoriparatore professionista utilizzando il ricambio aftermarket del sensore.
Alcuni utenti si chiedono: "ma eventualmente il sensore angolo di sterzo non si può riparare o revisionare?" Generalmente, data la complessità e la precisione richiesta, la riparazione o la revisione del sensore non sono praticabili, e la sostituzione è l'unica soluzione affidabile.
Per quanto riguarda lo smontaggio del sensore, sorgono spesso domande come: "Ragazzi ma sapete dirmi da dove si smonta questo sensore? Bisogna togliere il volante? Ci si può arrivare togliendo le plastiche sotto lo sterzo verso la pedaliera? Chi ha informazioni utili per cambiarlo?" Il sensore si trova generalmente all’interno del piantone sterzo (sul retro dello sterzo), e l'accesso può richiedere la rimozione di parte del volante o delle plastiche circostanti, rendendo l'operazione complessa e raccomandabile solo a personale esperto.
Taratura del sensore angolo di sterzo | VDO Autodiagnos Check
Considerazioni su Sospensioni e Pneumatici
Anche se non direttamente collegati al sensore angolo di sterzo, la qualità e la taratura delle sospensioni e degli pneumatici giocano un ruolo fondamentale nella stabilità e precisione di guida, influenzando indirettamente il lavoro dei sistemi di controllo elettronico.
Le problematiche riscontrate nelle versioni pre-LCI (Life Cycle Impulse) di alcuni modelli BMW, legate a difetti di instabilità anteriore per problemi di sterzo, sono state affrontate nelle versioni LCI con tecnologia degli ammortizzatori ottimizzata e taratura dello sterzo più precisa. Questo mira a garantire una stabilità longitudinale in tutti gli stati di carico e un'elevata precisione di guida, tipica delle vetture BMW, in combinazione con pneumatici high-performance.
Per quanto riguarda gli ammortizzatori, ad esempio, per una BMW 430i con assetto Msport normale non adattativo e gomme Michelin Pilot Sport 4S, sorgono domande su alternative come i Koni Special Active rispetto ai Bilstein B6. I Koni Special Active sono ammortizzatori di tipo adattativo non elettronicamente ma meccanicamente, con una valvola che aumenta o diminuisce lo smorzamento a seconda delle frequenze di oscillazione, offrendo comfort in città e prestazioni elevate ad alta velocità.
È importante ricordare che, per evitare di compromettere il sistema di controllo della stabilità e garantire il corretto funzionamento del sensore angolo di sterzo, in alcuni casi è necessario ruotare il volante di non più di 16° se si arriva a fine corsa, come "non c'è scritto sul foglio istruzioni" ma è una precauzione da tenere a mente.
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