Il sensore angolo sterzo (SAS) è un componente cruciale nei veicoli moderni, in particolare nelle BMW, dove svolge un ruolo fondamentale nel corretto funzionamento di sistemi di sicurezza e assistenza alla guida come l'ESP (Electronic Stability Program) o DSC (Dynamic Stability Control) e il servosterzo elettrico. La sua funzione principale è quella di rilevare con precisione la posizione del volante e, di conseguenza, l'angolo di sterzata delle ruote, trasmettendo queste informazioni vitali alla centralina del veicolo per un controllo ottimale della stabilità e della traiettoria.
Posizionamento e Tipologie di Sensori
Per la maggior parte delle volte, il sensore dell'angolo di sterzata si trova esattamente dove ci si aspetterebbe: dietro al volante, attorno alla colonna dello sterzo. Raramente, alcuni produttori scelgono di posizionare il sensore presso la scatola del cambio. Esistono diverse tipologie di sensori angolo sterzo, ciascuna con un principio di funzionamento specifico:
Sensori a Effetto Hall: Questa è la versione più diffusa, come i Bosch LWS5 e LWS6. Questi sensori funzionano senza contatto e dunque non presentano problemi di usura. Impiegano un anello magnetico a più poli e sono in grado di rilevare ogni movimento con una precisione di 1,5 gradi, inviando segnali quadri alla centralina. La fase del segnale di ciascun sensore Hall è diversa, consentendo di determinare immediatamente la direzione di rotazione e di identificare eventuali malfunzionamenti. Oltre all'angolo di sterzata, seguono le misurazioni della direzione e della velocità di rotazione.
Sensori con Contatti Scorrevoli (Potenziometrici): Ancora comuni, i sensori analogici dell'angolo di sterzata si compongono di due potenziometri, o partitori di tensione. Questi utilizzano un rivestimento resistivo fisso, spesso in carbonio, attraverso il quale passa la tensione. Un contatto scorrevole si sposta su tale rivestimento, e la sua posizione indica la quantità di tensione trasmessa. Esistono versioni che operano con una tensione di riferimento di 5 volt, mentre altre si avvalgono di 12 volt. Il secondo partitore di tensione non è destinato al controllo diretto, ma serve a determinare la direzione dello sterzo (a sinistra o a destra). Posizionando i due partitori uno opposto all'altro, la differenza di tensione permette di stabilire se lo sterzo ruota in senso orario o antiorario. La tensione fornita in posizione neutra (con sterzo e ruote paralleli all'asse del veicolo) può variare a seconda del partitore, permettendo di verificare il corretto funzionamento del sensore.
Sensori Ottici Digitali: Mercedes-Benz, in particolare, è stata per parecchio tempo una sostenitrice accanita di questo tipo di sensori. Anche questi generano vari segnali quadri, ma sfruttano la luce invece del magnetismo. Sebbene a prima vista possano sembrare efficaci quanto i sensori a effetto Hall, i sensori ottici hanno un nemico acerrimo: la sporcizia. Anche un po' di polvere può bloccare il fascio di luce e, di conseguenza, disturbare il segnale, compromettendone l'accuratezza.
Sensori a Induzione: Nel tempo, i sensori basati sul potenziometro meccanico, che rilevano 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, offrendo maggiore durata e affidabilità.
Sempre più spesso, inoltre, i sensori angolo sterzo sono allocati nel modulo di controllo del servosterzo elettromeccanico. Ciò richiede sensori di dimensioni il più possibile ridotte ma al tempo stesso con una resistenza tale da funzionare in tutte le condizioni e garantire misurazioni affidabili, rapide e precise, con un adeguato grado di compatibilità elettromagnetica, caratteristica particolarmente importante nei veicoli elettrici.
Ruolo del Sensore Angolo Sterzo nei Sistemi del Veicolo
Il sensore angolo sterzo non viene utilizzato unicamente ai fini dell'ESP, ma anche per la regolazione del servosterzo elettrico. Un motore elettrico assiste il movimento dello sterzo non appena viene rilevata una variazione nell'angolo di sterzata. In questo caso il servosterzo idraulico si rivela superfluo. Il vantaggio di questo sistema non sta soltanto nel risparmio in termini di spazio e peso, ma anche nelle possibilità di regolazione dello sterzo. Ad esempio, consente di optare per una guida tranquilla o per una guida più sportiva. Inoltre, può tornare molto utile nelle manovre di parcheggio parallelo: si pensi, ad esempio, al pulsante "City" della Fiat, che rende quest'azione estremamente semplice.
Il sensore angolo sterzo lavora in sinergia con il servosterzo elettrico e la pompa servosterzo. Quando il guidatore gira il volante, il sensore rileva l'intensità e l'angolo di 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 di stabilità il veicolo.
Oltre all'angolo di sterzata, l'ECU dell'ESP necessita anche di valori puntuali che indichino i movimenti effettuati dal veicolo. Proprio a questo servono i sensori di accelerazione, suddivisi in due tipi: i sensori di accelerazione laterale e i sensori dell'angolo di imbardata. Tuttavia, non ci si troverà mai di fronte a questi sensori separati: sia Continental sia Bosch li hanno infatti integrati in un'unica sede. Il sensore ESP utilizza un'alimentazione (12 V), una massa e un bit (segnale quadro, 0-6,8 V). Il bit viene utilizzato come mezzo di controllo e inviato congiuntamente al segnale in uscita del sensore dell'angolo di imbardata. Il sensore dell'angolo di imbardata si serve di una tensione di riferimento (2,5 V) che viene influenzata positivamente in caso di angolo di imbardata positivo e negativamente in caso contrario. L'output varia da 0,7 a 4,3 V. Il sensore di accelerazione laterale, invece, non utilizza tensione di riferimento né bit di controllo. Il segnale in uscita è lineare e varia da 0,5 a 4,5 V.
Sensore di coppia & angolo sterzo
Evoluzione della Tecnologia dei Sensori ESP e Angolo Sterzo
Sebbene quanto detto finora spieghi bene il funzionamento dei sensori ESP, la situazione evolve rapidamente. Analogamente a tutte le componenti elettroniche impiegate nei veicoli, anche per quanto concerne l'ESP si passa progressivamente dai segnali analogici ai messaggi CAN. Una rete centralizzata offre in effetti numerosi vantaggi. Anche la tecnologia degli stessi sensori ha subito un'evoluzione. Facendo un confronto fra il Bosch 5.7 ESP e il Bosch 8.0 ESP si vedono subito le differenze. Al centro del materiale piezoelettrico viene posizionata una massa in sospensione. Non appena il veicolo accelera o gira in una determinata direzione, lo fa anche la massa e la forza necessaria per spostare la massa dalla posizione di riposo genera una determinata tensione nel materiale piezoelettrico. La tensione viene quindi trasformata in segnale elettrico.
La nuova generazione di sensori dell'angolo di imbardata viene denominata anche iMEMS, ovvero "integrated Micro Electro-Mechanical System", microsistema elettromeccanico integrato. Grazie a questa tecnologia, il sensore dell'angolo di imbardata è diventato talmente piccolo da poter essere integrato senza più alcun problema nell'ECU. I veicoli con dotati di un sistema di sterzo attivo (Active Steering), come BMW e Mercedes-Benz, sono dotati di due sensori ESP: un sensore primario situato sotto il sedile del conducente e un sensore secondario situato sotto il sedile del passeggero. I due sensori sono molto simili, ma il sensore secondario ha una resistenza terminale e inoltre utilizza un ID CAN diverso. Pertanto, non sono intercambiabili. Anche il modo in cui questi sensori vengono utilizzati dal sistema ESP è piuttosto differente. I valori del sensore secondario vengono infatti usati unicamente come mezzo di controllo per i valori del sensore principale e ciò significa che il sensore secondario non può assumere la funzione del sensore principale. Non appena viene rilevata una differenza fra i due sensori, il sistema indica un guasto. Entrambi i sensori sono passivi: i segnali vengono inviati soltanto quando richiesti dall'ECU dell'ESP.
Problemi Comuni del Sensore Angolo Sterzo BMW
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 proprietario di BMW X1 segnala uno sterzo sempre più pesante e vibrazioni occasionali del volante, con codici diagnostici che indicano un segnale implausibile o una codifica errata del sensore dell'angolo di sterzata. Il problema principale sembra essere proprio la codifica difettosa o errata del sensore dell'angolo di sterzata, che può interrompere l'assistenza elettrica dello sterzo e causare un comportamento anomalo dello sterzo. Un altro proprietario con sintomi simili conferma che la sola ricalibrazione non ha aiutato, ma una ricodifica professionale del sensore dell'angolo di sterzata in officina ha risolto completamente il problema.
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. Un sensore sterzo non correttamente calibrato porta infatti in breve tempo all'accensione della spia ESC e alla disabilitazione del sistema ESC.
In caso di malfunzionamento, anche se progettato per durare tutta la vita del veicolo, il sensore va prontamente sostituito dall'autoriparatore professionista utilizzando il ricambio aftermarket del sensore. È importante notare che, in un caso specifico, un errore al sensore angolo sterzo si è risolto cambiando un braccio anteriore destro difettoso, il quale, causando vibrazioni alla ruota, "faceva impazzire il sensore". Questo sottolinea l'importanza di una diagnosi approfondita per individuare la causa reale del problema.
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".
Diagnosi e Codici Errore Comuni
Dalla diagnosi effettuata su una BMW, emergono errori al sensore angolo sterzata, con l'accensione delle spie DSC e sensore foratura non funzionante. Recentemente, ciò accade spesso. I codici diagnostici comuni relativi al sensore angolo sterzo includono:
- Codice 6E3E (su ABS): "NECESSARIA TARATURA DEL PUNTO ZERO PER SENSORE ANGOLO DI STERZATA". Questo indica la necessità di calibrare il sensore per definire la posizione di marcia rettilinea.
- Codice A1 (su Airbag): "MESSAGGIO DA CENTRALINA CONTROLLO DINAMICO DI STABILITA'". Questo può indicare una comunicazione errata o un problema generale nel sistema di stabilità che si riflette su altri moduli.
- Codice 55D0 / 55C4 (su Ripartitore di Coppia): "MESSAGGIO DA CENTRALINA CONTROLLO DINAMICO DI STABILITA' (assente)". Questi errori suggeriscono una mancanza di comunicazione o dati dalla centralina DSC.
- Codice 54C8 (su Ripartitore di Coppia): "RESISTENZA CLASSIFICAZIONE".
- Codice 11 (su Angolo di Sterzata): "ABBINAMENTO DEL SENSORE AL VEICOLO". Questo potrebbe indicare che il sensore non è stato correttamente abbinato al veicolo o che i suoi dati non sono plausibili con quelli attesi.
- Codice 08 (su Servosterzo): "MESSAGGIO CAN QUADRO STRUMENTI". Problemi di comunicazione sulla rete CAN.
- Codice 03 (su Servosterzo): "GUASTO INTERNO CENTRALINA". Un guasto interno alla centralina del servosterzo potrebbe essere correlato al sensore angolo sterzo.
- Codice 00 (su Servosterzo): "TERMINALE 30". Problemi di alimentazione al terminale 30.
Nella pagina dei parametri dell'ABS, un valore "SENSORE ANGOLO STERZO = 0 valore bloccato" indica chiaramente un problema nella lettura dei dati del sensore.
Calibrazione, Ricodifica e Inizializzazione
La calibrazione di un sensore dell'angolo di sterzata non è affatto complicata, specialmente con l'ausilio di un buon strumento di diagnosi. Spesso basta sterzare il volante del tutto verso sinistra e poi del tutto verso destra per tarare completamente il sensore. Esistono anche sensori autocalibranti, per tarare i quali basta attivare il quadro di avviamento e sterzare il volante del tutto verso sinistra e poi del tutto verso destra. In molti casi, anche il sistema ESP può determinare se sia necessario calibrare il sensore confrontando i valori del sensore dell'angolo di sterzata con quelli dei sensori di accelerazione.
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.
Oltre alla procedura di reset del sensore angolo sterzo, che si rende necessaria dopo l’intervento di allineamento ruote, nei veicoli dotati di ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems) 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.
Nei veicoli più recenti può essere sufficiente la calibrazione automatica, procedura che avviene in automatico ruotando lo sterzo prima da una parte e poi dall’altra. In altri casi è necessario seguire la procedura prevista dal costruttore e attivare la serie di comandi prevista per avviare la calibrazione del sensore. Nella maggior parte dei veicoli è necessario lo strumento diagnostico per ricalibrare il sensore. 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.
Per funzionare, il sistema DSC richiede l'angolo complessivo del volante, misurato dal sensore dell'angolo di sterzata. Il sensore dell'angolo di sterzata è dotato di due potenziometri sfasati 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 di tutti i movimenti delle ruote sterzanti, anche quando il veicolo è fermo. A tal fine, il sensore dell'angolo di sterzata è permanentemente collegato al Terminal 30. Ciò significa che i movimenti del volante vengono rilevati anche a "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.
Affinché 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, l'angolo del volante viene trasformato da blocco a blocco). Questo processo è denominato inizializzazione o imposizione. Se l'imposizione non riesce al 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 viene registrato un errore 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 inserito nella memoria della centralina DSC se vi è stata un'interruzione della tensione di alimentazione al sensore dell'angolo di sterzata. A differenza dei veicoli con guida tradizionale, il processo di imposizione non viene interrotto al raggiungimento di una determinata velocità su strada, ma continua fino a quando il DSC non riceve dati corretti sull'angolo di sterzo. A quel punto, la spia DSC si spegne e il DSC è di nuovo operativo. In entrambi i casi, non vi è errore registrato 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 lo 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 nell'EEPROM del sensore dell'angolo di sterzata. Pertanto, le ruote anteriori e il volante devono essere impostate esattamente nella posizione di marcia rettilinea prima della calibrazione. Inoltre, il numero di identificazione del veicolo viene letto anche dalla strumentazione e memorizzato in modo permanente nell'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.
Sostituzione e considerazioni tecniche
Il sensore angolo sterzo si trova generalmente all’interno del piantone sterzo (sul retro dello sterzo) ed è accessibile smontando il piantone dello sterzo stesso. Per la sostituzione, è necessario smontare il volante.
In un caso specifico, dopo aver sostituito il sensore angolo sterzo con un nuovo ricambio originale BMW (articolo 32306793631, sostituendo il precedente 37.14-6 789 095), il problema è persistito. Le spie di avaria (4x4 gialla, triangolo pericolo generico giallo, cerchio con punto esclamativo giallo e airbag rossa) sono rimaste accese, e i tentativi di regolazione tramite tester autodiagnosi multimarca non hanno risolto il problema. Questo suggerisce che, in alcune situazioni, il problema non risiede nel sensore stesso, ma in fattori esterni o in una codifica non corretta. In questi casi, la ricodifica professionale è stata l'unica soluzione per ripristinare il corretto funzionamento.
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.
