Entwicklung der elektrischen Servolenkung:
Die Lenkung eines Autos ist ein Mechanismus, der die Richtung der Räder in Abhängigkeit vom Lenkradeinschlag verändert. Elektrische Servolenkungen unterstützen den Fahrer, indem sie das Lenken mit einer leichten Lenkradbewegung ermöglichen. Früher wurden diese Systeme hydraulisch betrieben, sind aber mittlerweile durch elektrische Servolenkungen (EPS – Electric Power Steering) ersetzt worden. Diese machen Hydraulikpumpe, Schläuche und Keilriemen zum Verbrennungsmotor überflüssig und senken dank ihres geringeren Kraftstoffverbrauchs die Kosten.
Ein typisches EPS-System nutzt Elektromotoren, Sensoren und ein elektronisches Steuergerät zur Lenkunterstützung. Der Motor treibt ein Zahnrad an, das mit der Lenksäule oder dem Lenkgetriebe verbunden ist. Die Sensoren messen das Lenkmoment (Lenkkraft) sowie die Drehzahl und die Winkelposition des Lenkrads. Das elektronische Steuergerät wertet diese Werte für Drehmoment, Drehzahl und Position sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit und weitere Fahrwerksparameter aus, um die Räder entsprechend zu lenken.
Da EPS-Systeme elektronisch gesteuert werden können, ermöglichen sie das Lenken von Fahrzeugen ohne Fahrereingriff und werden bereits in Einparkhilfen mit automatischer Lenkung und elektronischer Stabilitätskontrolle (ESC) eingesetzt. EPS-Systeme ermöglichen zudem den Übergang von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zu batteriebetriebenen Fahrzeugen. Die in diesen EPS-Systemen verwendeten Lenkwinkelsensoren müssen jedoch hochpräzise sein, um autonomes Fahren effektiv und sicher zu realisieren.
Fortschritte bei Lenksensoren:
Hall-Effekt-Sensoren werden häufig zur Erfassung des Lenkwinkels eingesetzt, indem sie die Stärke oder Veränderungen von Magnetfeldern messen. Da Fahrzeuge jedoch zunehmend computergesteuert und elektrifiziert werden, stören Streufelder, die von Elektromotoren oder Stromleitungen in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen erzeugt werden, die Funktion des Sensors. Die Minderung dieser Störungen ist daher zu einem wichtigen Anliegen geworden.
TDK hat diese Herausforderung mit seinem neuen Sensor HAL 39xy gemeistert, der über eine Streufeldkompensation verfügt. Dieser Sensor basiert auf der patentierten HAL 3D-Pixelzellentechnologie von TDK, die eine präzise Messung von Magnetfeldern ermöglicht und gleichzeitig unempfindlich gegenüber Streufeldern ist.
Dieser kompakte 4-in-1-Sensorchip bietet Messmodi für lineare Positionen, zwei Drehpositionen von bis zu 180° und 360° sowie 3D-Magnetfeldmessungen auf der x-, y- und z-Achse. Der Sensor nutzt eine unterschiedliche Kombination von On-Chip-Hall-Effekt-Arrays, um die Leistung in jedem Modus zu optimieren. Der Sensor integriert zudem alle vier Modi in einem einzigen Bauteil – ein klarer Vorteil für Entwicklungsingenieure, da sie nur ein Bauteil anstatt vier qualifizieren müssen.
Dieses energiesparende Gerät ist mit verschiedenen digitalen Schnittstellenstandards für Fahrzeugnetzwerke kompatibel, darunter SENT/PSI5 und SPC (Short PWM Code). SPC ist eine Erweiterung des Standard-SENT-Protokolls gemäß SAE J2716. Es ermöglicht die Datenübertragung von einem Triggerimpuls an ein externes elektronisches Steuergerät (ECU) und unterstützt sowohl Punkt-zu-Punkt-Verbindungen als auch den Ein-Draht-Busbetrieb mit bis zu vier Sensoren.
Der Sensor HAL 39xy ist ein ASIL-B-konformes SEooC-Gerät (Safety Element out of Context), das gemäß ISO 26262 für Anwendungen im Bereich der funktionalen Sicherheit entwickelt wurde. Der Sensor wird bereits in Lenkwinkelerfassungssystemen für autonome Fahrzeuge eingesetzt.
Abbildung 1: Zu den Anwendungen des HAL 39xy gehört die Erfassung der Position an verschiedenen Punkten des Fahrzeugs, wie z. B. Pedalen, Ventilen und Gangwechseln, sowie des Lenkwinkels.
Weitere Anwendungen des Sensors
, wie die Lenkwinkelerkennung in Steer-by-Wire-Systemen für den praktischen Einsatz, befinden sich ebenfalls in der Entwicklung und fügen sich nahtlos in fortschrittliches autonomes Fahren ein. Steer-by-Wire-Systeme benötigen keine mechanische Verbindung zwischen dem vom Fahrer bedienten Lenkrad und der Radrotation; stattdessen nutzen sie elektrische Signale zur Bestimmung der Lenkrichtung. Der HAL 39xy kann auch in andere Steer-by-Wire-Systeme integriert werden, wie beispielsweise Brake-by-Wire (elektronische Bremssteuerung) und Shift-by-Wire (Getriebesteuerung).
Die 3D-Sensoren eignen sich zudem ideal für viele weitere vielfältige Anwendungen, darunter alle Arten von Ventilen und Aktuatoren, Schalt- und Getriebesteuerungen, Pedalstellungserkennung, Positionserkennung in Getriebesystemen und Fahrgestellpositionserkennung.
