Sensoren1

Sensoren im Kraftfahrzeug

Inhaltsverzeichnis
1
Allgemein 2 1.1 Begriff, Definition...................................................................................................2 1.2 Einteilung................................................................................................................2 1.2.1 nach Aufgabe und Anwendung.........................................................................2 1.2.2 aktiver bzw. passiver Sensor ............................................................................2 1.3 induktiver bzw. kapazitiver Sensor..........................................................................3 2 Kennlinien 4 2.1 Kennlinienarten.......................................................................................................4 2.1.1 Stetig lineare Kennlinie ...................................................................................4 2.1.2 Stetig nicht lineare Kennlinie...........................................................................4 2.1.3 Unstetig zweistufige Kennlinie.........................................................................4 2.1.4 Unstetig mehrstufige Kennlinie........................................................................4 2.2 Signalformen...........................................................................................................6 3 Sensorarten 7 3.1 Kapazitive N?herungssensoren................................................................................7 3.2 Kapazitiver Keramik-Beschleunigungssensor..........................................................7 3.3 Induktiver Motordrehzahlsensor..............................................................................8 3.4 Raddrehzahlsensoren...............................................................................................9 3.4.1 Passiver (induktiver) Drehzahlsensor ..............................................................9 3.4.2 Aktiver Drehzahlsensor ...................................................................................9 3.5 Drehwinkelsensor (Differenzial-Feldplattensensor) ...............................................11 3.6 Hall-Phasensensor.................................................................................................12 3.7 ?lsensor................................................................................................................13 3.8 Regensensor..........................................................................................................14 3.9 Schmutzsensor ......................................................................................................15 3.10 Radar-Abstandsensor ............................................................................................16 3.11 Ultraschall-Innenraumüberwachung ......................................................................17 3.12 Ultraschallsensor-Einparkhilfe ..............................................................................18 3.13 Klopfsensor...........................................................................................................19 3.14 Neigungssensor.....................................................................................................21 3.15 Batteriesensor .......................................................................................................22 3.16 Lambdasonde-Begriffe..........................................................................................24 3.16.1 Spannungssprungsonde .................................................................................25 3.16.2 Widerstandssprungsonde ..............................................................................27 3.16.3 Breitbandsonde .............................................................................................28 Abbildungsverzeichnis 30
BPA Linz
1
Manfred Miesenberger

1 Allgemein
1.1 Begriff, Definition
Der Begriff Sensor ist gleichbedeutend mit den Begriffen (Mess-) Fühler und (Messwert-) Aufnehmer. Sensoren setzen eine physikalische oder chemische Gr??e Ф unter Berücksichtigung von St?rgr??en Yi in eine elektrische Gr??e E um. Dies geschieht oft auch über weitere, nichtelektrische Zwischenstufen. Als elektrische Gr??en gelten hier nicht nur Strom und Spannung, sondern auch Strom-/ Spannungsamplituden, Frequenz, Periode, Phase oder auch Pulsdauer einer elektrischen Schwingung sowie die elektrischen Kenngr??en Widerstand, Kapazit?t und Induktivit?t (Abb.1: Sensorgrundfunktion).
physikal./chem. Gr??e Ф
(nicht elektrisch)
Sensor
elektrisches Ausgangssignal
St?rgr??en Yi (VersorgungsspannungsTemperaturschwankungen)
Abb.1: Sensorgrundfunktion
1.2 Einteilung 1.2.1nach Aufgabe und Anwendung
Funktionelle Sensoren, vorwiegend für Steuerungs- und Regelungsaufgaben, Sensoren für Sicherheit und Sicherung (Diebstahlschutz) und Sensoren zur überwachung des Fahrzeugs (EOBD, Verbrauchs- und Verschlei?gr??en) und zur Information von Fahrer und Passagieren.
1.2.2aktiver bzw. passiver Sensor
? passiver Sensor: (siehe auch 3.4.1 Passiver (induktiver) Drehzahlsensor) ? aktiver Sensor: (siehe auch 3.4.2 Aktiver Drehzahlsensor)
BPA Linz
2
Manfred Miesenberger

1.3 induktiver bzw. kapazitiver Sensor
? induktiver Sensor Sie nutzen das Induktionsgesetz zur Messung der (Dreh-) Geschwindigkeit, erzeugen also an ihrem zweipoligen Ausgang eine Spannung UA, die der zeitlichen ?nderung eines magnetischen Flusses Ф proportional ist. Die H?he der induzierten Spannung prim?r von folgenden Faktoren abh?ngig: St?rke des Magnetfeldes Geschwindigkeit der Magnetfeld?nderung
Nachteil: Kann der Luftspalt nicht konstant gehalten werden (z.B. Rattervorg?nge od. mech. Spiel), so erzeugt sie ebenso eine Fluss?nderung wie die Messgeschwindigkeit. Dieser Effekt kann somit zu Spannungsimpulsen führen, die nicht oder nur schwer von echten Drehzahlsignalen zu unterscheiden sind. Solche Fehlimpulse k?nnen leicht eine gro?e Amplitude haben, da sich der Fluss exponentiell mit dem Luftspalt ?ndert und die Schwankungsvorg?nge (z.B. Rattern der Bremsen) oft hochfrequenter Natur sind. Einsatz: Induktive Sensoren sind dynamische Sensoren und eignen sich für Geschwindigkeiten, die nicht extrem langsam sind, da ihr Ausgangssignal in diesem Fall gegen null geht.
?
kapazitiver Sensor Die Kapazit?t eines Kondensators ist abh?ngig von der wirksamen Elektrodenfl?che, dem Elektrodenabstand und vom Dielektrikum zwischen den Elektroden. Diese Abh?ngigkeiten k?nnen als Sensorprinzipien genutzt werden. Bei Druck-Sensoren wird h?ufig die Durchbiegung einer Membran kapazitiv gemessen. Gebr?uchlich sind auch kapazitive Feucht-Sensoren, bei denen die Einlagerung z.B. von Wasser oder ?l im Dielektrikum erfasst wird (Kapitel 3.7 ?lsensor) und kapazitive Abstandssensoren (Kapitel 3.1 Kapazitive N?herungssensoren). Zunehmend gewinnt das kapazitive Messprinzip bei mikromechanisch hergestellten Sensoren an Bedeutung.
BPA Linz
3
Manfred Miesenberger

2 Kennlinien
2.1 Kennlinienarten 2.1.1Stetig lineare Kennlinie
Stetig lineare Kennlinien werden insbesondere für Steuerungsaufgaben über einen weiten Messbereich verwendet und haben den Vorteil, der leichten Prüfund Abgleicharbeit.
Abb.2: stetig lineare Kennlinie
2.1.2Stetig nicht lineare Kennlinie
Stetig nicht lineare Kennlinien dienen oft der Regelung einer Messgr??e in sehr engem Bereich (z.B. Abgasregelung auf λ = 1, Regelung des Einfederniveaus).
Abb.3: stetig nicht linear Kennlinie
2.1.3Unstetig zweistufige Kennlinie
Unstetig zweistufige Kennlinien (evtl. mit Hysterese) dienen der überwachung von Grenzwerten, bei deren Erreichen leichte Abhilfe m?glich ist.
Abb.4: unstetig zweistufig Kennlinie
2.1.4Unstetig mehrstufige Kennlinie
Ist die Abhilfe schwieriger, kann auch durch mehrfache Stufung früher vorgewarnt werden.
Abb.5: unstetig mehrstufige Kennlinie
BPA Linz
4
Manfred Miesenberger

BPA Linz
5
Manfred Miesenberger

2.2 Signalformen
Ausgangssignal analog zu: Strom/Spannung, Amplitude Frequenz, Periodendauer und Pulsdauer und Tastverh?ltnis.
Diskretes Ausgangssignal: zweistufig (bin?r codiert), mehrstufig ungleich gestuft (analog codiert) oder mehrstufig ?quidistant (analog oder digital codiert).
a) Sinussignal U = Spannung t f = Zeit = Frequenz
b) Rechecksignal (PWM) U = Spannung t = Zeit
TP = Pulsdauer
Abb. 6: Ausgangssignale
Ferner wird danach unterschieden, ob das Signal am Sensorausgang st?ndig zur Verfügung steht (kontinuierlich) oder nur zu diskreten Zeitpunkten (diskontinuierlich). Liegt das Signal z.B. digital vor und wird bitseriell ausgegeben, so ist es zwangsweise diskontinuierlich.
BPA Linz
6
Manfred Miesenberger

3 Sensorarten
3.1 Kapazitive N?herungssensoren
Kapazitive N?herungssensoren erkennen metallische und nichtmetallische Objekte. Der Schaltabstand ist umso gr??er, je h?her die Dielektrizit?tskonstante des zu erkennenden Objektes ist. Sie werden beispielsweise für folgende Anwendungen eingesetzt: - Füllstandsüberwachung - Anwesenheitskontrolle - Niveaukontrolle
Abb. 7: kapazitiver Abstandsensor
3.2 Kapazitiver Keramik-Beschleunigungssensor
1 2 3 4 a
obere/untere Elektrode Haltearme Mittlere Elektrode (seismische Masse) Abstandsring Beschleunigung
Abb. 8: Kapazitiver Keramik-Beschleunigungssensor
BPA Linz
7
Manfred Miesenberger

3.3 Induktiver Motordrehzahlsensor
Motordrehzahlsensoren (Drehzahlgeber) werden eingesetzt zum ? ? Messen der Kurbelwellenstellung und Ermitteln der Kurbelwellenstellung (Stellung der Motorkolben).
Funktionsweise Der Sensor ist, durch einen Luftspalt getrennt, direkt gegenüber einem ferromagnetischen Impulsrad montiert (Abb. 9). Er enth?lt einen Weicheisenkern (Polstift) (3), der von einer Wicklung (4) umgeben ist. Der Polstift ist mit einem Dauermagneten (1) verbunden. Ein Magnetfeld erstreckt sich über den Polstift bis hinein in das Impulsrad. Der magnetische Fluss durch die Spule h?ngt davon ab, ob dem Sensor eine Lücke oder ein Zahn des Impulsrads gegenübersteht. Ein Zahn bündelt den Streufluss des Magneten. Es kommt zu einer Verst?rkung des Nutzflusses durch die Spule. Eine Lücke dagegen schw?cht den Magnetfluss. Diese Magnetfluss?nderungen induzieren in der Spule eine zur ?nderungsgeschwindigkeit und damit Drehzahl proportionale sinus?hnliche Ausgangsspannung (Abb. 10). Die Amplitude Drehzahl stark an (wenige mV bis > 100 V). Eine ausreichende Amplitude ist ab einer Mindestdrehzahl von 30 Umdrehungen pro Minute vorhanden. Die besonders gro?e Zahnlücke stellt eine Bezugsmarke dar und ist einer definierten Kurbelwellenstellung zugeordnet (meist 1 OT von 1 Zyl.).
1 2 3 4 5
Dauermagnet Geh?use Weicheisenkern Wicklung Zahnrad mit Bezugsmarke
Abb. 9: induktiver Motordrehzahlsensor
1 2 3
Zahn Zahnlücke Bezugsmarke
Abb. 10: Signal eines induktiven Motordrehzahlsensors
BPA Linz
8
Manfred Miesenberger

3.4 Raddrehzahlsensoren 3.4.1Passiver (induktiver) Drehzahlsensor
Die Wirkungsweise des Induktiven Radsensors ist gleich dem Motordrehzahlgeber (Kapitel 3.3), jedoch ohne Bezugsmarke.
1 2 3 4 5
Geh?use Dauermagnet Weicheisenkern (Polstift) Wicklung Impulsrad
Abb. 11: Passiver (induktiver) Drehzahlsensor
3.4.2Aktiver Drehzahlsensor
Bei einem aktiven Drehzahlsensor übernehmen Magnete die Funktion der Z?hne des Impulsrades. Die Magnete sind z.B. in einem Multipolring integriert und in ihrer Polarit?t wechselweise auf dessen Umfang angeordnet (Abb. 12).
Das kleine Bauvolumen und das geringe Gewicht erlauben es, den aktiven Drehzahlsensor am oder im Radlager (Abb. 12) eines Fahrzeugs einzubauen. In diesem Fall ist der Dichtring mit abwechselnd ausgerichteten Magnetteilchen ausgestattet.
1 2 3
Multipolring Messzelle Sensorgeh?use
Abb. 12: Aktiver Drehzahlsensor
BPA Linz
9
Manfred Miesenberger

Wesentliche Sensorbestandteile sind entweder Hall-Elemente oder magnetoresistive Elemente. Mit beiden Elementen wird eine Spannung erzeugt, die vom magnetischen Fluss durch das Messelement abh?ngt. Die Spannung wird im aktiven Drehzahlsensor aufbereitet. Anders als beim induktiven Sensor ist die auszuwertende Spannung unabh?ngig von der Raddrehzahl. Die Messung der Raddrehzahl ist somit nahezu bis zum Radstillstand m?glich.
1 2 3
Radlager Sensor Dichtscheibe/Multipol
Abb. 13: Einbau des aktiven Sensors im Radlager
Typisch für den aktiven Drehzahlsensor ist der Verst?rker vor Ort. Er ist zusammen mit der Messzelle im Sensorgeh?use integriert. Ein zweiadriges Kabel stellt die Verbindung zum Steuerger?t her. Die Versorgungsspannung liegt zwischen 4,5 und 20 V. Die Drehzahlinformation wird als eingepr?gter Strom übertragen. Die Frequenz des Stromes ist (ebenso wie beim induktiven Drehzahlsensor) proportional zur Raddrehzahl. Bei dieser übertragungsform mit aufbereiteten digitalen Signalen sind induktive St?rspannungen unwirksam im Vergleich zur übertragungsform beim induktiven Drehzahlsensor. Die digitalen Signale bieten au?erdem einen weiteren Vorteil. Die übertragung der Information zur Drehrichtung der R?der wird insbesondere für die Funktion ?Hillholder“ ben?tigt, die ein Zurückrollen des Fahrzeugs beim Anfahren am Berg durch gezieltes Abbremsen verhindert, aber auch für die Fahrzeugnavigation.
BPA Linz
10
Manfred Miesenberger

3.5 Drehwinkelsensor (Differenzial-Feldplattensensor)
Drehwinkelsensoren DWS sind Radialkolben - VE (Abb. 14)eingebaut und dienen zur ? ? ? Messung der aktuellen Drehzahl der VE, Bestimmung der momentanen Winkelposition Pumpe/Motornockenwelle und Messung der momentanen Verstellposition des Spritzverstellers.
1 2 3 4 5 6
Abb. 14: Drehwinkelsensor - VE
flexible Leiterfolie Drehzahl/Drehwinkelsensor Zahnlücke Zahnrad-Impulsscheibe (Geberrad) verdrehbarer Lagerring Antriebswelle
Funktionsweise: Der DWS (als Differenzial-Feldplattensensor Abb. 15) tastet eine Zahnrad-Impulsscheibe mit 120 Z?hnen und gleichm??ig verteilten Zahnlücken (Anzahl der Zahnlücken = Anzahl der Zylinder) ab, die auf der Antriebswelle der VE montiert ist. Der DWS hat einen Dauermagneten, dessen dem Zahnrad zugewandte Polfl?che durch ein dünnes ferromagnetisches Pl?ttchen homogenisiert wird. Darauf sitzen jeweils zwei (vier) galvanomagnetische Elemente (Sammelbezeichnung für Hallsensoren und Feldplatten) etwa im halben Zahnabstand der Sensorspitze. Damit befindet sich das eine Element genau gegenüber einer Zahnlücke, wenn das andere gegenüber einem Zahn steht. Der Sensor misst den Feldst?rkenunterschied an zwei in Umfangrichtung eng benachbarten Punkten. Die beiden Widerst?nde eines Differenzialsensors sind elektrisch als Spannungsteiler geschaltet. Durch das hohe Ausgangssignal (UA = 0,1 – 1 V) ist keine Verst?rkerelektronik notwendig. Feldplatten für Kfz-Anwendungen halten Temperaturen ≤ 170 °c stand (kurzzeitig ≤ 220 °C). 1 2 3 4 U0 UA
Abb. 15: Differenzial-Feldplattensensor
Feldplattenwiderstand R1, R2 weichmagnetisches Substrat Dauermagnet Zahnrad Versorgungsspannung Messspannung bei Drehwinkel φ
BPA Linz
11
Manfred Miesenberger

3.6 Hall-Phasensensor
Der Hall-Phasensensor (auch Phasengeber genannt) gibt die Position der Nockenwelle an das Steuerger?t weiter.
Nach dem Differenzialprinzip (Kapitel 3.5) arbeitende Stabsensoren verfügen über zwei r?umlich radial bzw. axial versetzt angeordnete Hall-Elemente (Abb. 16 und Abb. 17) Diese liefern ein Ausgangssignal, das dem Flussdichteunterschied zwischen den zwei Messorten proportional ist. Notwendig dafür ist jedoch eine zweispurig Lochblende (Abb. 16) oder ein Zweispurimpulsrad (Abb. 17), um in beiden Hall-Elementen ein gegensinniges Signal erzeugen zu k?nnen (Abb. 18). Diese Sensoren werden bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit eingesetzt. Weitere Vorteile sind ein vergleichsweise gro?er Luftspaltbereich und eine gute Temperaturkompensation.
S1 S2 7 8
Hall-Element Hall-Element Lochblende Zweispurimpulsrad
Abb. 16: Differenzial-Hall-Stabsensor (radialer Abgriff) Abb. 17: Differenzial-Hall-Stabsensor (axialer Abgriff)
Ausgangssignal LOW Material (Zahnrad) unter S1 Lücke unter S2 Ausgangssignal HIGH Lücke unter S1 Material unter S2
Abb. 18: Signal eines Differenzial-Hall-Stabsensors
BPA Linz
12
Manfred Miesenberger

3.7 ?lsensor
Dieser ?lsensor (von Temic, Abb. 19) misst: ? ? ? die ?ltemperatur den ?lpegel die ?lqualit?t
W?hrend die ?ltemperatur mit einem Temperatursensor (NTC) gemessen wird, nutzt man für die Erfassung des ?lstands und der ?lqualit?t Kondensatoren.
Mit sinkendem ?lstand in dem Kondensator ?ndert sich auch dessen Kapazit?t, da sich dann Luft statt ?l als Dielektrikum zwischen den Kondensatorplatte befindet.
Abb. 19: ?lsensor
Bei alterndem ?l steigt der Wassergehalt im ?l, langkettige Moleküle zerbrechen in kürzere und Abrieb des Motors wird im ?l gebunden. Daher ?ndert sich mit der Alterung des ?ls auch dessen relative Dielektrizit?t. Diese ?nderung bewirkt aber eine Variation der Kapazit?t, die vom zugeh?rigen Steuerger?t erkannt und ausgewertet wird.
Abh?ngig von der so gemessenen tats?chlichen ?lqualit?t wird dem Fahrer bei Bedarf ein f?lliger ?lwechsel signalisiert. Da das ?l mit Hilfe des Sensors nicht mehr nach festem Zeit- oder Wegstreckenplan gewechselt wird, wird in den meisten F?llen ?l gespart, was der Umwelt und dem Portmonee zugute kommt. In den anderen F?llen wird das ?l bereits vor den sonst üblichen Intervallen getauscht, weil es offenbar n?tig war. Dann kommt es der Lebensdauer des Motors zugute.
BPA Linz
13
Manfred Miesenberger

3.8 Regensensor
Der Regensensor "Raintronic" von Hella wird am besten hinter dem Innenspiegel montiert. Er verfügt über einen lernf?higen Mikroprozessor und passt sich unterschiedlichen Windschutzscheiben an. 1 2 3 4 Regentropfen Windschutzscheibe Leuchtdiode (LED) Lichtsensor (in die Ferne gerichtet) 5 Fotodiode 6 Umgebungslichtsensor
Abb. 20: Regensensor - Wirkungsweise Abb. 21: Regensensor
Im Bild A (Abb. 20)wird dargestellt, wie der einfallende Lichtstrahl durch mehrfache Reflektion an der trockenen Windschutzscheibe und einem Reflektor fast ungeschw?cht zum austretenden Lichtstrahl wird. Im Bild B (Abb. 20)wird dargestellt, wie der einfallende Lichtstrahl durch mehrfache Reflektionen und Streuung an den Wassertropfen der nassen Windschutzscheibe geschw?cht zum austretenden Lichtstrahl wird. Je weniger Licht am Empf?nger ankommt, desto nasser die Scheibe.
m Regensensor (Abb. 22) sind zus?tzlich zwei Lichtsensoren (4 und 6) eingebaut, die z.B. den Abblendscheinwerfer bei ein-
setzender Dunkelheit oder Tunneldurchfahrt automatisch aktivieren.
Abb. 22: Regensensor - Wirkungsweise
BPA Linz
14
Manfred Miesenberger

3.9 Schmutzsensor
Der Schmutzsensor (Abb. 23) arbeitet ?hnlich wie der Regensensor. Jedoch bewirken hier die au?en auf der Scheinwerferscheibe liegenden Schmutzpartikel, dass das ausgesendete Licht zum Empf?nger zurückgestreut wird. Je mehr Schmutz vorhanden ist, umso mehr wird reflektiert. Ab einer bestimmten Schwelle wird die Scheinwerferreinigungsanlage automatisch eingeschaltet. Eine Scheinwerferreinigungsanlage ist Vorschrift für alle Kfz mit Gasentladungslampen in den Scheinwerfern (Xenon).
1 Streuscheibe 2 Schmutzpartikel 3 Sensorelement 4 Sender
Abb. 23: Schutzsensor
5 Empf?nger
BPA Linz
15
Manfred Miesenberger

3.10 Radar-Abstandsensor
Abstandsensoren mit Radartechnik (Abb. 24) finden bei Fahrerassistenzsystemen ihren Einsatz. Solch ein System ist das von Bosch entwickelte ?Adaptive Cruise Control“ (ACC). Für dieses System finden wir z.B. bei VW und Audi die Bezeichnung ?Automatische Distanzregelung“ (ADR) und bei Chrysler ?Distronic“.
Abb. 24: ACC - Sensor
Das System hat die F?higkeit, beim Ann?hern auf ein vorausfahrendes Fahrzeug die eigene Geschwindigkeit zu reduzieren, um einen sicheren Abstand zu gew?hrleisten. Dazu muss das System: ? ? ? die Hindernisse auf dem Fahrstreifen, das Gefahrenniveau bestimmen und den Fahrer darüber informieren.
Radar-Abstandsensoren senden elektromagnetische Strahlen aus, die anschlie?end an den Oberfl?chen von Gegenst?nden reflektiert und die zurückgeworfenen Strahlenanteile als ?Echo“ empfangen werden. Die Sendefrequenz betr?gt zwischen 76,5 und 76,7 Gigahertz (GHz). Die Frequenz wird mit 200 Megahertz moduliert. Modulation bedeutet, dass dem Tr?gersignal zus?tzliche Informationen z.B. in Form einer Frequenz?nderung aufzupr?gen. Zur Bestimmung des Abstands eines vorausfahrenden Fahrzeugs wird die Differenz der Frequenzen zwischen gesendetem und empfangenem Signal ausgewertet. Die Differenz steht im festen Verh?ltnis zur Laufzeit des reflektierten Signals (Abb. 25). f1 f2 gesendetes Signal (rot) empfangenes Signal (blau)
Abstandsermittlung aus der Differenzfrequenz úf1 und der Zeitdifferenz út. Geschwindigkeitsermittlung des vorausfahrenden Fahrzeugs aus dem Unterschied beider Differenzfrequenzen úf (= úf2 - úf1).
Abb. 25: Abstands- u. Geschwindigkeitsmessung beim FMCW - Verfahren
BPA Linz
16
Manfred Miesenberger

3.11 Ultraschall-Innenraumüberwachung
Ultraschall (US) ist ein akustisches Signal mit einer Frequenz von mehr als 20000Hz, das für Menschen nicht h?rbar ist. Die überwachungsanlage besteht aus einem Ultraschallsender (Piezo-Lautsprecher) und einem -empf?nger (Piezo-Mikrofon), die in einem gemeinsamen Geh?use im Fahrzeuginnenraum montiert sind. Wenn die Diebstahlwarnanlage scharf geschaltet wird, sendet der US-Sender ein Signal aus, der Empf?nger registriert die von den Fahrzeuginnenraumbegrenzungen reflektierten Wellen und speichert dieses Ger?uschmuster als Sollwert ab. W?hrend der überwachung sendet der US-Sender in kurzen Zeitabst?nden regelm??ig sein Signal. Solange sich im Fahrzeuginneren nichts ver?ndert (Türen oder Fenster ge?ffnet werden, Gegenst?nde bewegt werden usw.), entspricht des Empf?ngersignal dem Sollwert, so dass das Steuerger?t keinen Alarm ausl?st.
Abb. 26: Ultraschall-Innenraumüberwachung
BPA Linz
17
Manfred Miesenberger

3.12 Ultraschallsensor-Einparkhilfe
Ultraschall wird z.B. auch bei der Einparkhilfe eingesetzt. Oft werden zur exakteren Wahrnehmung mehrere Ultraschall-Sensoren in den Sto?f?ngern (Abb. 28)eingebaut, von denen jeder Sende- und Empfangsfunktionen übernimmt.
Der Ultraschall-Sensor strahlt zyklisch einen kurzen, hochfrequenten Schallimpuls aus. Dieser pflanzt sich mit Schallgeschwindigkeit in der Luft fort. Trifft er auf ein Objekt, wird er dort reflektiert und gelangt als Echo zurück zum Ultraschall-Sensor. Aus der Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Schallimpulses und dem Empfang des
Echosignals berechnet der Ultraschall-Sensor intern die Entfernung zum Objekt
Abb. 27: Messprinzip - Ultraschall
Da die Entfernung zum Objekt über eine Schall-Laufzeitmessung und nicht über eine Intensit?tsmessung bestimmt wird, haben Ultraschall-Sensoren eine ausgezeichnete Hintergrundausblendung. Nahezu alle Materialien, die den Schall reflektieren, werden detektiert - unabh?ngig von ihrer Farbe. Selbst glasklare Materialien oder dünne Folien stellen für Ultraschall-Sensoren kein Problem dar. Microsonic-Ultraschall-Sensoren erlauben Entfernungsmessungen von 30 mm bis 10 m und k?nnen dank der Laufzeitmessung den Messwert mit millimetergenauer Aufl?sung erfassen. Einige Sensoren l?sen das Abstandssignal sogar mit weniger als 0,18 mm auf. Die Sensoren messen in staubiger Luft genauso wie durch Farbnebel hindurch. Auch dünne Ablagerungen auf der Sensormembran beeintr?chtigen die Sensorfunktion nicht.
Abb. 28: Ultraschallsensor - Einparkhilfe
BPA Linz
18
Manfred Miesenberger

3.13 Klopfsensor
Klopfsensoren werden von au?en am Motorblock von Ottomotoren montiert. Klopfsensoren bestehen aus dem
Geh?use, der Piezokeramik und der seismischen Masse und dem elektrischen Steckkontakt (2-polig).
Abb. 29: Klopfsensor
Durch die Motorvibrationen schl?gt die im Klopfsensor bewegliche seismische Masse st?ndig gegen den fest montierten Piezokeramik, der die Schl?ge in Spannungsimpulse umwandelt. Auf diese Weise nehmen die Klopfsensoren die Motorvibrationen auf, wandeln sie in elektrische Schwingungen und melden diese dem Steuerger?t. Das Signal des Klopfsensors unterscheidet sich bei klopfender Verbrennung typisch von dem Signal bei ruhiger Verbrennung.
Abb. 30: Klopfsensorsignal
Bei Reihenmotoren bis zu 4 Zylindern reicht ein Klopfsensor bei V-Motoren oder Motoren mit 6 und mehr Zylindern verwendet man zwei oder mehr Klopfsensoren. Durch die gleichzeitige Auswertung des Signals von OT-Geber oder Phasengeber erkennt das Steuerger?t auch in welchem Zylinder Klopfen auftritt. Stellt das Steuerger?t anhand des Klopfsignals klopfende Verbrennung fest, so verstellt es den Zündzeitpunkt selektiv (nur für den betreffenden Zylinder) um z.B. 3 Grad in Richtung sp?t. Nach einigen Verbrennungen ohne Klopfen n?hert das Steuerger?t den Zündzeitpunkt in vielen kleinen Schritten dem im Kennfeld gespeicherten optimalen Zündzeitpunkt wieder an. Auf diese Weise verl?uft die Verbrennung stets so dicht wie m?glich an der Klopfgrenze und damit optimal in Bezug auf Verbrauch, Leistung und Abgas Vereinzelt findet man auch in Dieselmotoren Klopfsensoren, die den Einspritzbeginn melden (früher: Nadelbewegungsfühler) und die Funktion der Einspritzdüsen kontrollieren (EOBD). BPA Linz 19 Manfred Miesenberger