Gas- und Bremspedale müssen schnell und zuverlässig reagieren, wenn sie die Fahrzeuginsassen nicht unnötig in Gefahr bringen sollen. Jetzt haben Forscher einen 3-D-Magnetsensor entwickelt, der die Pedalauslenkung digital über den Winkel erfasst.
Bei einer Vollbremsung wie bei einem Überholmanöver, bei dem der Fahrer sich verschätzt hat, entscheiden oft Sekundenbruchteile über Leben und Tod. Brems- und Gaspedal müssen daher schnell reagieren. Tritt der Fahrer auf das Gaspedal, verdreht er über eine aufwändige Mechanik eine Scheibe. Mehrere Magnetfeldsensoren in der Nähe der Scheibe erfassen die Winkelgeschwindigkeit. Eine linerare Bewegung wird also in eine zirkuläre umgesetzt und diese in das elektrische Signal, das zur Steuerung von Motor respektive Bremse verwendet wird. Die Umwandlung kostet Zeit, ist technisch komplex und macht das gesamte System teuer.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS haben ein neues Verfahren entwickelt, um die Auslenkung des Gaspedals sofort in ein elektrisches Signal zu überführen. „Die Signalkette bis zur Computersteuerung wird dadurch durchgängig digital – auf die störanfälligen Übersetzungsmechanismen kann zudem verzichtet werden“, erklärt Marketingleiter Klaus Taschka. „Unterhalb des Gaspedals sitzt unser Sensor, der das Magnetfeld gleichzeitig in allen drei Raumrichtungen und auf bis zu 0,1 Grad genau misst. Dies ist weltweit einmalig.“
Wie seine eindimensionalen Vorgänger misst der Sensor auf Basis des
Hall-Effekts: Befindet sich ein Strom durchflossener Leiter in einem Magnetfeld, so werden die Elektronen seitlich abgelenkt. Dies entspricht einer Querspannung, die proportional zur Magnetfeldstärke ist. Der Sensor wird mit kostengünstigen CMOS-Standardverfahren gefertigt. Er befindet sich auf einem Chip, auf dem die Forscher auch den größten Teil der Auswerteelektronik integriert haben.
Um Fehler schnell zu erkennen, überwacht sich der Sensor selbst: Eine kleine Spule, die ihn umgibt, wird periodisch eingeschaltet. Das zusätzliche Magnetfeld misst der Sensor mit. Sollte er defekt sein, kommt kein Extrasignal in der Fahrzeugsteuerung an. So kann der Fahrer über den Fehler informiert werden.
Entwickler bei BMW haben den Magnetsensor im Labor bereits genauer erprobt; Tests an Gas-, Brems- und Kupplungspedalen sind geplant. Dank seines 3-D-Messprinzips kann der Sensor aber ebenso gut die Position von Autoscheinwerfern, Joysticks oder anderen bewegten Maschinenteilen erfassen.
(Fraunhofer-Gesellschaft, 09.05.2005 – NPO)
