Steuergerätediagnose
Je seltsamer das Fehlerbild, umso mehr neigt man dazu, im zugehörigen Steuergerät den Schuldigen zu sehen – nicht selten ein Trugschluss. Doch wie erstellt man mit möglichst einfachen Mitteln eine sichere Fehlerdiagnose?
Einige Dutzend Steuergeräte sind in modernen Pkw im Einsatz, um den Komfort zu verbessern, die Abgas-emission zu reduzieren und die Sicherheit aller Insassen zu erhöhen. Vernetzung durch Bussysteme sorgt für den Informationsaustausch zwischen den Steuergeräten, damit Informationen auch anderen Systemen zur Verfügung stehen. Somit ist der Werkstattprofi bei seiner Fehlersuche mit einer komplexen Vernetzung elektronischer Baugruppen konfrontiert. Die Erfahrung zeigt, dass trotz aufwändiger Diagnosetechnik die Fehlerursache nicht immer schnell und eindeutig erkannt werden kann. Beispielsweise können spo-radische Störungen der Spannungsversorgung während des Fahrbetriebs ein Fehlverhalten der Steuergeräte erzeugen, das nachträglich nur schwer oder gar nicht reproduzierbar ist. Insbesondere marken-unabhängige Werkstätten stehen wegen fehlender technischer Informationen und spezifischer Diagnosegeräte zuweilen vor diesem Problem. Häufig wird dann vorschnell das zugehörige Steuergerät zur Verantwortung gezogen. Doch bei 35 bis 40 Prozent der zum Automobilhersteller, Zulieferer oder Instandsetzer gesendeten Steuergeräte sind keinerlei Fehlerfunktionen feststellbar. Andere Quellen setzen diese Quote noch deutlich höher an. Somit stellt sich die Frage, wie es zu dieser Vielzahl von Fehldiagnosen kommen kann.
Prinzipiell ist ein Steuergerät intern in folgende Teilschaltungen aufgeteilt:
Spannungsstabilisierung
Anpass- und Schutzschaltungen
für Mikroprozessor, so genannte an-wendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC) und Speicher
Endstufen
Generell benötigen Steuergeräte eine ein-wandfrei funktionierende Spannungsversorgung. Über zwei oder mehrere Pins am Steckanschluss wird die Spannung in das Innere des Steuergeräts geführt, wo sie von einem Spannungsregler auf fünf Volt sta-bilisiert wird. Das ist der Grund, warum die meisten Steuergeräte bis zu einer Bordspannung von etwa sechs Volt noch arbeiten können, während einer mit dieser Spannung betriebenen Kraftstoffpumpe kaum noch etwas zu entlocken ist. Ist der Anspruch des Automobilherstellers an die Spannungsstabilität hingegen gering, wird die Bordspannung von etwa zwölf Volt von einem Kondensator gepuffert und direkt an die Teilschaltungen durchgeschleift.
Fehlerhafte Referenzspannung?
Informationen von externen Komponenten, beispielsweise Sensoren, werden dem Steuergerät in Form von Spannungen oder anderen Signalarten zur Verfügung gestellt. Ein fehlerhaftes oder nicht plausibles Signal am Eingang oder ein defekter Ausgangskreis veranlasst das Steuergerät software-bedingt, auf den Notlaufmodus um- oder abzuschalten. In einigen Fällen werden Sensoren, die unmittelbar mit dem Steuergerät in Verbindung stehen, beispielsweise Ladedruckfühler oder Luftmassenmesser, vom Steuergerät mit fünf Volt Referenzspannung versorgt. Fehlerhafte Referenzspannung kann somit fehlerhafte Rückinformation vom Sensor verursachen. Sind alle erforderlichen Eingangssignale vorhanden, kann sie der Mikroprozessor in Verbindung mit der gespeicherten Arbeitsanweisung (Software) verarbeiten und Ausgangssignale produzieren. Mikroprozessoren, ASIC etc. liefern stromschwache Signale, womit keine direkte Ansteuerung strom-intensiver Aktoren (Zündspulen, Einspritzventile etc.) möglich ist. Über eine Zwischenstufe (Leistungsendstufe, so genannter Buffer oder Treiber), wird das Signal ver-stärkt und zu den Ausgangspins geführt. Kontrollmechanismen in Form separater Schaltungen oder integriert im Leistungs-IC (IC = Integrated Circuit = integrierter Schaltkreis) überwachen an den Endstufen Spannung, Strom, Temperatur etc.
Sichere Diagnose – wie geht das?
Im Vorfeld einer Fehlerdiagnose sollte der Kunde nach dem Fehlerbild und – auch wichtig – nach dessen Rahmenbedingungen befragt werden. Tritt der Fehler beispielsweise im kalten oder warmen Zustand, bei Leerlauf oder Last oder nur bei Feuchtigkeit auf? Die Antwort kann dem Diagnostiker erste Hinweise liefern und bereits eine Tendenz erkennen lassen. Gewöhnlich wird zunächst per Diagnosegerät der Fehlerspeicher des Steuergeräts ausgelesen. Über die Stellglieddiagnose können Komponenten angesteuert und geprüft werden. Ist der Fehler bekannt, kann die Fehlersuche im betroffenen Teilbereich beginnen. Die vom Hersteller vorgegebene Fehlersuchstrategie führt in den meisten Fällen tatsächlich zum Ziel. Doch in der Praxis treten zuweilen Fehler auf, die nicht in das Muster der geführten Fehlersuche passen. Dann muss selbst Hand angelegt werden. Diese systemati-sche Fehlersuche kann, entsprechend der zuvor dargestellten prinzipiellen Funktion eines Steuergeräts, so aussehen:
Sichtkontrolle
Spannungsversorgung prüfen
Eingangssignale prüfen
Ausgangssignale prüfen
Bei der konkreten Fehlersuche ist zu be-achten, dass in etwa 30 bis 40 Prozent der Fälle der Fehler im Leitungsstrang ein-schließlich Steckverbindungen zu finden ist. Eine weitere Fehlerquelle ist eine nicht (mehr) ordnungsgemäß funktionierende Software im Steuergerät. Ursache hierfür können Designfehler oder äußere Einflüsse sein. Bei der Prüfung einzelner Signale zum Steuergerät wird fundiertes Know-how und Konzentration vorausgesetzt. Unachtsamkeit, Konzentrationsschwäche, mangelndes Fachwissen und Lücken in der Messtechnik können in die Irre führen – Fehldiagnose vorprogrammiert.
Grundsätzlich gilt: Ist die Spannungsversorgung fehlerfrei, sind alle Eingangssignale vorhanden und korrekt und sind die angesteuerten Lasten (Aktoren) in Ordnung, muss das Steuergerät auch Aus-gangssignale produzieren. Anderenfalls ist der Fehler im Steuergerät zu suchen.
Tipps und Tricks aus der Praxis
Steuergeräte mit Leistungsausgängen, bei-spielsweise die zahlreichen Varianten von Motronic-Steuergeräten, besitzen zum Teil mehrere Zwölf-Volt- und Masse-Eingänge. Zeitweise oder dauerhafte Ausfälle können durch schlechte oder schadhafte Kontaktverbindungen verursacht werden, wobei es sich oft um Massefehler handelt. Eine Sichtkontrolle der Leitungen einschließlich Steck- und Schraubverbindungen sollte deshalb vor der Messung erfolgen.
Übergangswiderstände in der Spannungsversorgung und den dazugehörigen Steckverbindungen lassen sich häufig nur unter Last herausfinden. Um die Stromtragfähigkeit zu prüfen, muss der Stecker vom Steuergerät abgezogen werden. An die Pins für die Spannungsversorgung am Stecker wird eine 21-Watt-Glühlampe als Last angeschlossen. Mit einem Voltmeter kann parallel an der Lampe die Spannung gemessen werden. Zeigt die Spannung dort keinen nennenswerten Unterschied zur direkt an der Batterie gemessenen Spannung, ist davon auszugehen, dass der Leitungsstrang bis hin zum Stecker in Ord-nung ist – was aber nicht gleichzeitig bedeutet, dass das Steuergerät auch intern mit zwölf Volt Spannung versorgt wird.
Brüche, Haarrisse der auf die Platine aufgelöteten Pins der Steckverbindung und kalte Lötstellen kommen erfahrungsgemäß ebenso als Ausfallursache in Frage. Weitere mögliche Ursachen: in das Steuer-gerät eintretende Überspannungen, her-vorgerufen durch Isolationsschäden an Zündspulen, und das so genannte Hot-Plugging, das Abziehen des Steuergerätesteckers bei Betrieb. Die in beiden Fällen kurzzeitig auftretende hohe Spannung kann die Leiterbahnstrukturen der integrierten Schaltkreise zerstören.
Signalarten und -formen
Steuergeräte leben von Informationen, die ihnen an ihrem Eingang zur Verfügung gestellt werden. Diese Informationen be-stehen aus unterschiedlichen Signalarten und -formen, beispielsweise
analoge Signale,
frequenz- und pulsweitenmodulierte Rechtecksignale,
frequenzmodulierte Sinussignale (in-duktiver Kurbelwellensensor),
komplexe digitale Signalformen (CAN-Bus, LIN-Bus).
Wichtig bei der Prüfung der Eingangssignale ist die genaue Kenntnis, um welche Signalarten und -formen es sich handelt sowie wann und unter welchen Voraus-setzungen diese am Steuergerät anliegen müssen (Herstellerinformation). Erst dann kann ein geeignetes Messgerät (Multi-meter, Strommesszange, Oszilloskop etc.) ausgewählt werden. Ein Beispiel:
Stromstarke dynamische Signale zur Ansteuerung diverser Aktoren (Einspritzventile, Zündspule etc.) per Multimeter zu prüfen, ist nicht zu empfehlen, weil einerseits die Messung nicht aussagekräftig genug ist und andererseits Abweichungen von den Soll-Signalformen nicht erkannt werden können. Stattdessen sollte ein Oszilloskop eingesetzt werden. Unterlagen der Hersteller enthalten Bilder der Soll-Signalformen. Reinhold Dörfler
Literatur
Der Kfz-Signalatlas
Werkstattprofis in Aus- und Weiterbildung sind die Zielgruppe des Anfang November erschienenen Nachschlagwerks „Der Kfz-Signalatlas – Signale aus der Kfz-Elektronik“. Autor Reinhold Dörfler hat nach eigener Aussage auf jede Verkomplizierung verzichtet und sich bei der Beschreibung der Signalbilder auf das Wesentliche beschränkt. Wörtlich: „Rund 400 Abbildungen von Signalverläufen an elektromechanischen und elektronischen Komponenten und Systemen im Kraftfahrzeug helfen Ihnen, schnell und einfach Fehler zu finden und die komplexe Elektronik besser zu verstehen.“ Das 250 Seiten starke Werk im Format DIN A4 kostet 39,80 Euro. pd
Bezugsquelle:
Dörfler Elektronik
Fax 0 81 05/27 64 77
info@doerfler-elektronik.de
www.doerfler-elektronik.de
Chiptuning
Für Daimlers V6-Diesel
20 Prozent mehr Höchstleistung verspricht Tuner Carlsson, Merzig (Saarland), bei Einbau seines Zusatz-Steuergeräts C-Tronic Diesel-Power. Abgestimmt auf die V6-Dieselmotoren von Daimler, bezeichnet als 280, 300, 320 und 350 CDI sowie ein- gebaut in Mercedes-Benz C-, E- und S-Klasse, CLK, CLS, GLK und ML, Viano und Vito, sollen trotz der Tuningmaßnahme sowohl die Abgasemissionsstufe Euro 5 als auch die Werksgarantie erhalten bleiben. Die Mehrleistung wird laut Anbieter ohne Erhöhung des Raildrucks erreicht; zur Schonung der Kupplung wird bei Schaltvorgängen die Leistung reduziert. Für sein Zusatzsteuergerät gewährt Tuner Carlsson drei Jahre Garantie. Bruttopreis: 1.779 Euro. pd
Bezugsquelle:
Carlsson Autotechnik GmbH
Fax 0 68 61/93 32-99
info@carlsson.de
www.carlsson.de
