Technischer Hinweis: Funktion und Diagnose des PDK-Getriebedrehzahlsensors

Technischer Hinweis: Drehzahlsensoren in PDK-Getrieben

Der Drehzahlsensor ist eine kritische Komponente des Porsche PDK-Doppelkupplungsgetriebes. Er misst kontinuierlich die Drehzahl der internen Wellen und leitet diese Daten an das Getriebesteuergerät weiter. Diese Rückmeldung in Echtzeit ermöglicht es dem Steuergerät, Schaltvorgänge präzise zu synchronisieren und zu bestätigen, dass jeder Gangwechsel korrekt abgeschlossen wurde. Sollte der Sensor ausfallen, verliert das Getriebe die Fähigkeit, die Wellendrehzahl zu verifizieren. In diesem Zustand verweigert das Steuergerät weitere Schaltvorgänge; es hält den aktuellen Gang, bis das Fahrzeug zum Stillstand kommt, woraufhin ein erneutes Anfahren nicht mehr möglich ist.

Funktionsweise der Getriebe-Drehzahlsensoren

Das Getriebe verwendet zwei Eingangswellen, wobei jede Welle mit ihrer eigenen Kupplung verbunden ist.

Das Motorschwungrad ist direkt mit dem Kupplungspaket verbunden. Folglich wird die Kupplungseingangsdrehzahl durch den Motordrehzahlsensor (Kurbelwellensensor) gemessen, während die Kupplungsausgangsdrehzahl durch die Getriebe-Drehzahlsensoren gemessen wird.

Aus diesem Grund ist es oft intuitiver, diese Sensoren eher als „Kupplungsausgangssensoren“ statt als Eingangsdrehzahlsensoren zu betrachten.

• Drehzahlsensor Kanal 1 misst die Drehzahl eines auf Welle 1 aufgepressten Impulsrads.
• Drehzahlsensor Kanal 2 misst die Drehzahl der einzelnen Zahnradzähne auf Welle 2.

Wie das Getriebesteuergerät (TCU) Kupplungsschlupf erkennt

Kupplungsschlupf wird durch den Vergleich der Motordrehzahl mit der vom Drehzahlsensor gemeldeten Getriebewellendrehzahl bestimmt.

Wenn eine Kupplung vollständig geschlossen ist, sollte die Motordrehzahl der Getriebedrehzahl der entsprechenden Welle entsprechen.

Die Getriebeausgangsdrehzahl wird anhand eines Durchschnitts der Radsensorsignale berechnet. Basierend auf dem aktuell eingelegten Gang weiß das TCU (Getriebesteuergerät) genau, welche Raddrehzahl dem Ausgang des Drehzahlsensors entsprechen sollte.

Dieser Prozess wird als Gangüberwachung bezeichnet, und das TCU führt diese Prüfung während des Getriebebetriebs kontinuierlich durch.

Da das PDK einen Gang auf der Kupplung vorwählt, die nicht aktuell aktiv ist, kann das TCU die Drehzahlen beider Getriebewellen gleichzeitig überwachen – nicht nur die Welle, die mit der aktiven Kupplung verbunden ist.

Spannung und Signal des Drehzahlsensors

Der Getriebe-Drehzahlsensor wird mit einer vom TCU bereitgestellten 8,5-V-Versorgung betrieben. Er ist der einzige Getriebesensor, der diese 8,5-V-Versorgung nutzt.

Beide Drehzahlsensorkanäle teilen sich die gleiche 8,5-V-Versorgung, aber jeder Kanal hat sein eigenes Ausgangssignal an das TCU.

Wenn bei eingeschalteter Zündung Strom an das TCU geliefert wird, sendet jeder Drehzahlsensorkanal ein Basis-Signal von ca. 0,75 V an das TCU zurück.

Diese Basisspannung ermöglicht es dem TCU zu bestätigen, dass der Drehzahlsensor angeschlossen, online und betriebsbereit ist.

Wenn die Welle zu rotieren beginnt, erkennt der entsprechende Drehzahlsensor jeden vorbeiziehenden Zahn und sendet einen kleinen elektrischen Impuls an das TCU. Das TCU zählt diese Impulse, um die Wellendrehzahl zu berechnen.

Diese Impulse werden dem konstanten 0,75-V-Basis-Signal überlagert. Dies ermöglicht es dem TCU festzustellen, ob der Sensor online ist und wie schnell die Welle rotiert.

PIWIS zeigt die berechnete Wellendrehzahl als U/min an, obwohl das TCU diese Drehzahl intern durch Zählen der einzelnen Sensorimpulse bestimmt.

Wie normale Messwerte des Drehzahlsensors aussehen sollten

Eine häufige Frage ist, wie die korrekten Drehzahlsensorwerte im Normalbetrieb aussehen sollten.

Das Grundprinzip ist einfach.

Wenn ein Gang auf einer Eingangswelle eingelegt ist, ist diese Welle mechanisch mit den Hinterrädern verbunden. Wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, sollte die Drehzahl dieser Welle daher 0 U/min betragen.

Wenn auf einer Welle kein Gang eingelegt ist, kann sich die Welle frei drehen.

Selbst bei geöffneter Kupplung kann ein restliches Kupplungsschleifen dazu führen, dass die Welle mit einer Drehzahl unter der Motordrehzahl rotiert. Die exakte Wellendrehzahl relativ zur Motordrehzahl hängt von mehreren Faktoren ab und ändert sich auch mit der Getriebetemperatur.

Beispiele

P ausgewählt

Der erste Gang ist auf Welle 1 eingelegt. Frühere 987/997-Softwareversionen legen möglicherweise stattdessen den Rückwärtsgang ein.

In diesem Zustand:

• Welle 1 sollte 0 U/min anzeigen.
• Welle 2 sollte mit einer Drehzahl unter der Motordrehzahl rotieren.

R ausgewählt

Die Messwerte sollten die gleichen wie bei der Auswahl von P sein.

N ausgewählt

Es ist kein Gang eingelegt, sodass beide Wellen frei rotieren können.

Beide Wellen können daher aufgrund von restlichem Kupplungsschleifen mit einer Drehzahl unter der Motordrehzahl rotieren.

D ausgewählt

Der erste Gang ist auf Welle 1 eingelegt, während der zweite Gang auf Welle 2 eingelegt ist.

Da beide Wellen nun mechanisch mit den Hinterrädern verbunden sind, sollten beide 0 U/min anzeigen, während das Fahrzeug stillsteht.

Testen bei angehobenem Fahrzeug

Es ist möglich, das Fahrzeug anzuheben und den Antriebsstrang bei rotierenden Rädern zu betreiben, um den normalen Straßenbetrieb zu simulieren.

Unter diesen Bedingungen sollten die Getriebewellendrehzahlen ebenfalls eine Rotation anzeigen.

Die Welle, die mit der eingelegten Kupplung verbunden ist, sollte mit einer Drehzahl rotieren, die der Motordrehzahl entspricht.

Die Welle, die mit der nicht eingelegten Kupplung verbunden ist und bei der ein Gang vorgewählt ist, sollte mit einer anderen Drehzahl rotieren. Dieser Unterschied entspricht dem Übersetzungsverhältnis zwischen den auf den beiden Wellen eingelegten Gängen.

Manuelle Überprüfung der Wellendrehzahl mit PIWIS

Es ist auch möglich, die Eingangswellen manuell zu drehen und ihre Drehzahl mit PIWIS zu überwachen.

Welle 1

Das Testen von Welle 1 ist relativ einfach.

Entfernen Sie die obere schwarze Kappe an der Rückseite des Getriebes.

Setzen Sie eine M24 × 1,5 mm Schraube in die sichtbare Welle (Welle 1) ein und drehen Sie diese gegen den Uhrzeigersinn.

PIWIS sollte die resultierende Wellendrehzahl anzeigen.

Welle 2

Das Testen von Welle 2 ist aufwendiger.

Das hintere Getriebegehäuse muss zuerst entfernt werden.

Legen Sie den 2. Gang an Schaltstange 4 ein, indem Sie die unterste Schaltstange/Gabel in Richtung Motor drücken.

Installieren Sie dann eine M22 × 1,5 mm Schraube in die untere Welle und drehen Sie die Schraube im Uhrzeigersinn.

Dies bewirkt, dass Welle 2 selbst gegen den Uhrzeigersinn rotiert, und die entsprechende Drehzahl sollte in PIWIS sichtbar sein.

Ein Hinweis zur Drehrichtung

Wenn die Welle während des Tests in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, registriert das TCU die Wellendrehzahl dennoch korrekt.

Der vom Drehzahlsensor erzeugte Impuls ist anders, weil er eine Rückwärtsrotation anzeigt, aber das TCU berechnet die Drehzahl offenbar dennoch korrekt.

Für diese Art von manuellen Tests ist es am besten, das Fahrzeug bei N im Getriebe abzustellen. Dies stellt sicher, dass kein Gang eingelegt ist und auch die Parksperre nicht aktiv ist.

Drehzahlsensor-Fehler und Diagnose

Es gibt viele verschiedene Fehler im Zusammenhang mit dem Drehzahlsensor. Einige weisen eindeutig auf den Sensor selbst hin, während andere zusätzliches Wissen und Tests erfordern, um festzustellen, ob das Problem durch den Sensor oder ein anderes Systemteil verursacht wird.

Wie bereits erwähnt, werden die Drehzahlsensorausgänge kontinuierlich mit Raddrehzahl-Daten verglichen, um zu prüfen, ob die berechneten Getriebedrehzahlen plausibel sind.

Wenn ein Radsensor ausfällt und den Fehler verursacht, würden Sie normalerweise entsprechende PSM-Fehler im Zusammenhang mit den Radsensoren erwarten. Wenn keine solchen Radsensorfehler vorliegen, ist der Getriebe-Drehzahlsensor eine wahrscheinlichere Ursache.

Fehler bei der Gangüberwachung

Typische Fehlercodes sind:

• 0731
• 0732

Diese Fehler beziehen sich auf die Gangüberwachung.

Das TCU vergleicht kontinuierlich die Getriebewellendrehzahl mit der Raddrehzahl, um zu bestätigen, dass das tatsächliche Übersetzungsverhältnis dem erwarteten Verhältnis für den gewählten Gang entspricht.

Wenn das berechnete Verhältnis außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, meldet der Drehzahlsensor möglicherweise die Wellendrehzahl falsch.

Fehler bei der Plausibilitätsprüfung der Getriebeeingangswellendrehzahl

Typische Fehlercodes sind:

• 1743
• 1744

Diese Fehler beziehen sich auf die Plausibilitätsprüfung der Getriebeeingangswellendrehzahl.

Bei diesem Test wird die Motordrehzahl mit dem Ausgang des Getriebe-Drehzahlsensors verglichen.

Wenn das Verhältnis zwischen Motordrehzahl und Getriebewellendrehzahl außerhalb der erwarteten Grenzwerte liegt, kann die Ursache ein falsches Drehzahlsignal des Sensors sein.

Fehler bei Kupplungsschlupf und Kupplungsüberdrehzahl

Es gibt viele Fehlercodes, die mit Kupplungsschlupf und Kupplungsüberdrehzahl verbunden sind, daher ist es nicht praktisch, alle hier aufzulisten.

Beispiele sind:

• 1745
• 1757
• 1758
• 17B5–17B8

Bei diesen Fehlern kann tatsächlicher Kupplungsschlupf auftreten, was der Grund für den gespeicherten Fehlercode sein kann.

Eine der nützlichsten Diagnosemethoden ist die Beobachtung der Motordrehzahl während der Fahrt.

Wenn Kupplungsschlupf auftritt, zeigt die Motordrehzahl normalerweise ein Verhalten, das damit übereinstimmt, dass die Kupplung das erwartete Verhältnis zwischen Motordrehzahl und Getriebewellendrehzahl nicht aufrechterhalten kann.

Wenn während der Fahrt kein Kupplungsschlupf beobachtet werden kann, ist ein defekter Drehzahlsensor oft die wahrscheinlichere Ursache.

Aus diesem Grund sollten Fehlercodes im Zusammenhang mit Kupplungsschlupf, Überdrehzahl oder Wellendrehzahl-Plausibilität nicht automatisch als Beweis für ein mechanisches Kupplungsproblem interpretiert werden. Das Drehzahlsensorsignal sollte ebenfalls geprüft werden, bevor man zu diesem Schluss kommt.

Fehler wegen Überhitzung des Kupplungsöls

Obwohl es ungewöhnlich erscheinen mag, wird ein defekter Drehzahlsensor oft von Fehlern wegen Überhitzung des Kupplungsöls begleitet.

Es gibt zwei Hauptzustände, die einen Überhitzungsfehler auslösen können:

1. Die tatsächliche Kupplungsöltemperatur ist zu hoch.
2. Das TCU berechnet, dass die Temperaturen der Kupplungsstahl Lamellen zu hoch sind.

Der zweite Zustand ist besonders wichtig bei der Diagnose eines vermuteten Drehzahlsensorproblems.

Wenn ein Drehzahlsensorkanal ein falsches oder unplausibles Signal liefert, kann das TCU die Daten als übermäßigen Kupplungsschlupf interpretieren. Basierend auf diesem scheinbaren Schlupf kann das TCU berechnen, dass die Kupplungsstahl Lamellen einen Überhitzungszustand erreicht haben.

In dieser Situation muss die Kupplung selbst gar nicht überhitzt sein. Der Überhitzungsfehler kann einfach das Ergebnis fehlerhafter Drehzahldaten eines defekten Drehzahlsensors sein.

Diagnose des Fehlers

Wenn Fehler wegen Überhitzung der Kupplung vorliegen, prüfen Sie Folgendes:

• Tatsächliche Kupplungsöltemperatur
• Andere Anzeichen für Kupplungsschlupf
• Zusätzliche Fehlercodes im Zusammenhang mit dem Drehzahlsensor

Wenn die Kupplungsöltemperatur normal ist und es keine weiteren Anzeichen für tatsächlichen Kupplungsschlupf gibt, ist der Überhitzungsfehler eher auf einen Drehzahlsensor zurückzuführen, der die Wellendrehzahl falsch meldet.

Dies wird noch wahrscheinlicher, wenn der Überhitzungsfehler zusammen mit anderen Drehzahlsensorfehlern auftritt.

Vernachlässigter Wirbelstromeffekt

Die Sensorfläche des OEM-Drehzahlsensors besteht aus einem Kunststoffmaterial namens PEEK (Polyetheretherketon). Im Laufe der Zeit kann sich dieses Material verformen; dies hat jedoch minimale Auswirkungen auf die Leistung. Das Hauptproblem ist, dass es mit zunehmendem Alter spröder wird und das Bauteil selbst relativ teuer ist.

Viele Zubehör-Drehzahlsensoren auf dem Markt verwenden eine Aluminiumlegierung als Sensorfläche. Ein entscheidender Faktor wird jedoch oft übersehen: Die Verwendung von Aluminium führt Wirbelstromeffekte ein.

Wirbelströme können das Drehzahlsignal signifikant beeinflussen, insbesondere bei hohen Drehzahlen. Basierend auf Berechnungen:

• Bei 6000 U/min:

Eine 0,2 mm starke Aluminium-Sensorfläche führt zu etwa 10 % Signaldämpfung und etwa 20° Phasenverschiebung.

Eine 0,3 mm starke Aluminium-Sensorfläche führt zu etwa 20 % Signaldämpfung und etwa 26° Phasenverschiebung.

• Bei 8000 U/min wird der Effekt noch deutlicher.
• Bei 1000 U/min ist der Effekt vernachlässigbar.

Meines Wissens nach verwenden einige Marken Sensorflächen aus Aluminiumlegierungen. Während sie unter normalen Fahrbedingungen ausreichend funktionieren, werden sie für den Renneinsatz nicht empfohlen, da höhere Drehzahlen zu einer erhöhten Signalinstabilität führen.

Einige Hersteller verwenden Edelstahl für die Sensorfläche, was Wirbelstromeffekte eliminiert. Allerdings sind die CNC-Bearbeitungskosten für Edelstahl etwa dreimal höher als bei Aluminium. Eine potenzielle Lösung könnte ein hybrides Design sein – die Verwendung eines Gehäuses aus Aluminiumlegierung mit CNC-Bearbeitung, kombiniert mit einer Sensorfläche aus Edelstahl.

Empfehlung:

Bei der Auswahl eines PDK-Getriebe-Drehzahlsensors ist es wichtig, das Material der Sensorfläche zu überprüfen, um potenzielle Leistungsprobleme zu vermeiden.

Innovatives Design des PopoRacing PDK-Drehzahlsensors:

• Integrierte Baugruppe - keine Verkabelung erforderlich
• Zwei-Achsen-Induktionsdesign - starke Störfestigkeit, kein Temperaturdrift
• Mittiges Chip-Layout - frei von Signalverzerrungen, übersteigt den Wahrnehmungsbereich des Originalwerks
• Hochintegrierter Chip in Automobilqualität - stabile und zuverlässige Leistung
• 0,2 mm ultradünnes PEEK-Fensterdesign - eliminiert Wirbelstromeffekte und verbessert Signale
• CNC-Gehäuse aus Aluminiumlegierung - hält rauen Umgebungen stand (z. B. hohe Temperatur, Vibration usw.), verbessert die Anfälligkeit des Originalsensors für Ausbeulungen und thermische Ausfälle