Voraussetzung für die Funktionalität elektronischer Systeme in Automobilen sind hochwertige Sensoren. Winkelsensoren lassen sich in zwei Kategorien einteilen: 1. Winkelsensoren mit einem Meßbereich bis 180 Grad. 2. Winkelsensoren mit einem Meßbereich von 360 Grad und größer, insbesondere für den Einsatz als Lenkwinkelsensor. Für die Kategorie 1 sind heute Potentiometer verbreitet, die aber gravierende Nachteile bzgl. Kontaktkräfte, Übergangswiderstände, Verschleiß und geringer Lastströme aufweisen. Aufgrund dieser Nachteile werden Potentiometer durch berührungslose Sensoren ersetzt, da diese die steigenden Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Lebensdauer sicherheitsrelevanter Systeme erfüllen können. Bei Ersatz eines Potentiometers durch einen berührungslosen Sensor sind neben elektrischer und mechanischer Schnittstellen jedoch auch charakteristische Eigenschaften wie Linearität, Hysterese, Temperatureffekte, Alterung oder EMV-Verhalten zu berücksichtigen, da es hierbei Unterschiede zwischen dem Potentiometer (passives Bauteil) und einem berührungslosen Sensor geben kann. Im Beitrag werden zunächst zwei berührungslose Winkelsensoren der Kategorie 1 vorgestellt. Der ARS 1 basiert auf dem Hall-Prinzip und besteht aus einem patentierten Magnetkreis mit Flußleitstücken, Magnet, Auswerte-IC und Gehäuse. Als Einsatzbeispiel wird die Erfassung des Drosselklappenwinkel genannt. Der ARS 2 benötigt keinerlei Flußleitstücke mehr. Das Grundprinzip basiert auf einem Magneten, der sich in einer Kreisbahn um das Hall-Element bewegt. Dadurch treffen die magnetischen Feldlinien aus unterschiedlichen Winkeln auf das Hall-Element. Wird das Hall-IC aus dem Mittelpunkt der Kreisbahn verschoben, so kann der Verlauf der Ausgangsspannung verändert werden. Der einfache Aufbau bringt deutliche Kostenvorteile. Weiter vorgestellt wird ein modularer Lenkwinkelsensor der Kategorie 2 auf Basis des AMR-Prinzips (anisotrop-magnetoresistive Effekt). Durch eine Modifikation der Standard-AMR-Elemente sind Winkelmessungen bis 360 Grad möglich. Durch das modulare Sensorkonzept können auch Sensoren der Klasse 3 (z.B. für die Fahrdynamikregelung) innerhalb einer Fahrzeugplattform auf Basis der jeweiligen Fahrzeugausstattung realisiert werden.
Berührungslose Weg- und Winkelsensoren / Innovative Produkte für die Automobilindustrie
Contactless displacement and angle sensors for the automotive industry
Tagung der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik, Sensoren und Meßsysteme, 2000 ; 679-686
VDI-Berichte ; 1530
2000
8 Seiten, 14 Bilder, 1 Quelle
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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