Elektronische Messfühler werden

Elektronische Messfühler werden in allen Bereichen von Autos genutzt. Dazu gehören das Motor- und Abgasmanagement, das Chassis und die Fahrsicherheit, der Insassenschutz, die Getriebesteuerung, die Klimasteuerung, die Navigation und der Komfort. Im Einzelnen sind das folgende Sensoren:

Motor- und Abgasmanagement

• Temperatursensor

• Drehzahlsensor für die Kurbelwelle

• Ölzustand- und Ölfüllstandsensor

• Heißfilm-Luftmassensensor für die Luftzufuhr in den Motor

• Klopfsensor

• Drucksensor

• Lambda-Sonde für eine optimale Verbrennung des Kraftstoffs

Chassis- und Fahrsicherheit

• Drehzahlsensor am Rad (ABS)

• Drehratensensor für das Fahrdynamik-Management (ESP)

• Lenkwinkelsensor

• Radarsensor

• Ultraschallsensor

• Reifendrucksensor

Insassenschutz

• Beschleunigungssensor (Airbag)

• Drehratensensor für den Insassenschutz, etwa für die Überroll-Überwachung bei Cabrios (Ausfahren des Überrollbügels)

• Drucksensor für den Seitenaufprall

• Gewichtssensor (iBolt) und E-Field-Sensor, um die Sitze zu überwachen und den Airbag angemessen auszulösen

• CMOS-Kamera (Nachtsicht oder Toter Winkel)

Getriebesteuerung

• Drehzahlsensor im Getriebe

Klimasteuerung

• Climate Control Sensor (Kohlendioxid-Sensor)

• Druck-Temperatur-Sensor

Navigation

• Drehratensensor zur Unterstützung des GPS. Der Sensor erkennt anhand der Drehrate (Fahren von Kurven), auf welchem Straßenabschnitt sich das Fahrzeug befindet. Das ist wichtig, wenn das GPS-System kurzfristig keinen Empfang hat.

Komfort

• Regensensor

• Lichtsensor

Die folgenden Beispiele zeigen, wie verschiedene Sensoren arbeiten – und dass dabei ganz unterschiedliche physikalische Größen gemessen werden:

Drehratensensoren

nehmen die Drehung des Autos um eine Raumachse wahr. So spürt der Sensor zur Unterstützung des ESP-Systems, der Gierratensensor, eine Rotation um die Hochachse des Wagens (beim Durchfahren einer Kurve). Seit Geländefahrzeuge (Sport-Utility-Vehicles, SUVs) immer beliebter werden, gewinnen auch Sensoren an Bedeutung, die das Kippen des Fahrzeugs registrieren. Denn SUVs haben einen hohen Schwerpunkt und können in Kurven leichter umfallen. Die Sensoren werden so ausgerichtet, dass sie das Kippen oder Rollen des Wagens um die Längsachse wahrnehmen. In der Entwicklung sind auch Nickratensensoren, die das „Nicken“ des Autos registrieren, wenn es bremst – also eine Drehung um die Querachse. Nickratensensoren liefern Daten an die Fahrwerkregelung, die blitzschnell die Härte der Stoßdämpfer an das Bremsmanöver anpassen kann. So lässt sich das Nicken vermeiden – und der Bremsweg verkürzt sich. In allen Drehratensensoren schwingt eine kleine Masse hin und her. Die Drehbewegung und die daraus resultierende Corioliskraft lenken die Masse aus ihrer Schwingungsebene ab. Das bemerkt der Sensor.

Beschleunigungssensoren

– die man zum Auslösen des Airbags braucht – sind relativ einfach gebaut. In ihnen bewegt sich nur dann eine Masse, wenn der Wagen beschleunigt oder abgebremst wird (Physiker sprechen von „negativer“ Beschleunigung). Wenn die Beschleunigung sehr stark ist, zündet der Airbag. Bei einem Crash werden Werte bis zur 500fachen Erdbeschleunigung erreicht.

Moderne Drehzahlsensoren

nutzen den Hall-Effekt oder so genannte magnetoresistive Effekte. Ein Hall-Sensor besteht aus einem stromdurchflossenen Halbleiter (der Hall-Platte). Sobald ein Magnetfeld auf diese Platte wirkt, entsteht eine messbare elektrische Spannung. Hall-Sensoren messen Drehzahlen, Winkel und Wege berührungslos und verschleißfrei. Das physikalische Prinzip magnetoresistiver Sensoren basiert darauf, dass sich die elektrische Leitfähigkeit in anisotropen magnetischen Schichten – in denen die Magnetisierung willkürlich orientiert ist – in einem äußeren Magnetfeld ändert. Die Änderung hängt von Richtung und Stärke des Feldes ab. Rotiert ein Magnet – etwa eine Encoder-Scheibe am Rad – an dem Sensor vorbei, ändert sich sein Widerstand regelmäßig.

E-Field-Sensoren

sind eine Neuentwicklung des Chipherstellers Freescale und des MIT. Sie dienen wie der iBolt von Bosch der Überwachung der Sitze für das gezielte Aufblasen des Airbags. Fast jedes Objekt besitzt geladene Atome, die sich in einem elektrischen Feld (E-Field) bewegen können. Der Sensor nimmt die Ladungen wahr und kann daraus ein 3D-Bild des Gegenstands generieren. So lässt sich auch die Position des Kopfes über dem Autositz bestimmen. Sitzt jemand zu nahe am Airbag, wird das Aufblasen bei einem Unfall verhindert, um Verletzungen vorzubeugen.