Erklärung CIPOS-Sensor
Wechselstrom fliesst durch die Erregerpulen, was im Rotor ebenfalls ein Wechselstromfluss bewirkt. Je nach Stellung des Rotors werden durch die Magnetische Wirkung des Rotors verschieden Empfängerspulen erregt. Das Steuergerät wertet dies aus und bestimmt so den Drehwinkel
-> Weg/Winkelmessung möglich
-> Sensor ist temperaturunabhängig
7 SI-Basiseinheiten
Meter
Kilogramm
Sekunde
Ampere
Kelvin
Mol
Candela
Was für Drehzahlen können Schrittmotoren erreichen?
Bis zu 6000 1/min
Definition Sensor
Sensoren wandeln eine physikalische oder chemische Grösse in eine messbare elektrische Grösse um
Erklärung Hallsensoren
Der Hallgenerator ist ein Halbleiterelement mit 2 Abgriffen an beiden Enden. Wirkt auf diese Halbleiterelement ein Magnetfeld, werden die freien Elektronen im Halbleiter auf eine Seite gedrückt; es entsteht eine Spannung. Die Hallspannung wird meistens mit einem Schmitt-Trigger als A/D-Wandler aufbereitet.
Drehrichtungserkennung durch 2 Messzellen im gleichen Sensor.
Erklärung/Beispiel Elektromagnetisches Aktorprinzip
ein Elektromagnet bewirkt eine Zustandsänderung. Besitzt nur eine aktive Wirkungsrichtung und braucht ein Rückstellmoment
-> Relais
Hallgeber unterschied Magnetisches Geberrad und Stahlrad
Magnetisches Geberrad: Magnetflussänderung durch Magnete im Polrad
Stahlrad: Verstärkung/Abschwächung vom Magnetfluss
Erklärung Vollschritt/Halbschritt/Mikroschritt
Vollschritt > Halbschritt > Mikroschritt
Vollschritte bezeichnet den Drehwinkel zwischen voller Ansteuerung von 2 Feldwicklungen zu den nächsten 2 Wicklungen
Halbschritt ist die Hälfte davon; beide Wicklungspaare sind parallel aktiv
Mikroschritte entstehen durch unterschiedlich starkes Bestromen von 2 Wicklungspaaren.
Erklärung Beschleunigungssensor mit Hallgeber
Funktionier mit dem Masseträgheitsprinzip der Seismischen Masse. Als seismische Masse wird ein Dauermagnet verwendet, welches sich beim Ausschlag vom Hallsensor wegbewegt. Je grösser der Ausschlag ist, desto grösser ist die induzierte Spannung.
Erklärung/Beispiel Fluidmechanische Aktoren
Ventile steuern Flüssigkeiten und Drücke
-> Bremsventile, Kupplungszylinder
Arten von Kennlinien von Sensoren
Linear -> Poti
Stetig nicht Linear -> PTC/NTC
unstetig mehrfach abgestuft -> Schrittsensor
unstetig zweistufig -> Schalthysterese
Pulsdauer -> PWM (KW Sensor)
Frequenz -> Sinus (ABS)
Erklärung/Beispiel Pyrotechnisches Prinzip Aktoren
Eine Pyrotechnische Ladung wird gezündet und Gas unter Druck strömt aus
-> Airbag
Erklärung mechanische Spannungsmess-systeme
Funktioniert mit dem Transversaleffekt. Zwei unterschiedlich polarisierte Piezokeramikstreifen werden miteinander verbunden. Biegen sie sich auf eine Seite, wird der eine Streifen gedehnt und der andere gestaucht. Es entsteht eine Spannung.
Signalarten Sensoren
Analog
Digital
-> Binär
-> Spannungscodierung
-> PWM
Problematik mit Adaption
Durch die Adaption kann es vorkommen, dass bestehende Fehler überdeckt (adaptiert) werden.
-> z.B. Lambda-Regelung oder Leerlaufstabilisierung
Arten von Redundanz bei Potis
doppelt gegenläufig
doppelt parallel
doppelt versetzt
Definition Regeln
Regeln ist ein Vorgang in einem System, bei dem die zu regelnde Grösse als Ist-Wert fortlaufend erfasst und mit dem Sollwert verglichen wird. Eine Regelung kann so auf Einflüsse (Korrekturgrössen) reagieren.
-> Merkmal ist die geschlossene Wirkungskette
Erklärung Thermischer Ölstandssensor
Zwei Widerstandselemente werden in das Öl eingelassen. Diese beiden Widerstände werden nun bestromt und somit auf einer konstanten Temperatur gehalten. Öl leitet die Wärme davon besser ab als Luft. Das heisst, dass je mehr Öl verfügbar ist, desto mehr Heizstrom nötig ist. Dieser Heizstrom ist der Messwert für den Ölstand.
Beispiele induktive Sensoren
Raddrehzahlsenor (Induktiv)
Erklärung Lenkwinkelsensor mit Hallgeber (LWS1 und LWS3)
LWS1: 14 Hallschranken, montiert auf Zahnrädern. Übersetzungsverhältnis 1:4 zur Lenkwelle
LWS3: 2 Hallsensoren, jeweils auf einem Zahnrad montiert. Die Zahnräder haben leicht unterschiedliche Zähnezahl. Dadurch entsteht für jeden Lenkwinkel eine eindeutiges Winkelpaar (Modifiziertes Noniusprinzip)
Erklärung Drucksensoren
Sehr hohe Drücke (>1000bar) könnten theoretisch mit einem Widerstand gemessen, welcher dem Druckmedium ausgesetzt ist. (Volumeneffekt der Widerstände) Dabei ist die Abdichtung und Druckdichte des Sensors problematisch.
Lösung -> Mechanische Zwischenstufe in Form einer Membran, welcher auf einen Piezo-Dehnmessstreifen drückt.
Hohe Drücke brauchen eine kleine Membran
Tiefe Drücke brauchen eine grosse Membran
Erklärung/Beispiel Elektrodynamisches Aktorprinzip
Funktionier gleich wie das elektrostatische Wirkprinzip, hat jedoch zwei aktive Wirkrichtungen; braucht deshalb kein Rückstellmoment
-> Elektromotoren
Unterschiedliche Steuerungsarten (inkl. Beispiele)
Analoge Steuerung -> Dimmer
Binäre Steuerung -> Relais
Digitale Steuerung -> Mikrocontroller
Erklärung Induktivsensor
Besteht aus einem Weicheisenkern mit einer Sensorspule. Der Geberring muss besteht aus einem ferromagnetischen Werkstoff (Eisen, Nickel, Kobalt). Durch das drehen des Geberrades entsteht in der Sensorspule eine Wechselspannung. Die Frequenz der Wechselspannung wird als Drehzahlsignal verwertet.
-> Bezugsmarke zur Positionserkennung
-> Geberräder werden gesintert oder gestanzt
Unterschied Unipolare und Bipolare Schrittmotoren
Bei Bipolaren Schrittmotoren wird der Stromfluss extern (d.h. noch vor den Feldwicklungen) geändert.
Bei Unipolaren Schrittmotoren haben die Feldwicklungen einen Mittelabgriff und je nach Ansteuerung wird durch das in einer Hälfte der Spule ein Süd- oder Nordpol erzeugt.
-> Heutiger Standard sind Bipolare Schrittmotoren
Beispiele resistive Sensoren
PTC/NTC
LDR
Dehnwiderstände -> Drucksensoren
Erklärung Lenkwinkelsensor optisch
Besteht aus Codescheibe und Lichtschranke. Das Steuergerät muss die Umdrehungen zählen.
Erklärung Ölzustandssensor
2 Röhrchen werden in das Öl eingelassen. Diese Rohre sind Kondensatoren, das Öl ist das Dielektrikum. Gemessen wird die Ölmenge im oberen Teil und die Ölqualität im unteren Bereich. Eine Kapazitätsänderung geschieht hier durch Änderung der Ölmenge und der Ölqualität.
Beispiele Sensoren für Wellenausbreitungseffekte
Laufzeitsensoren -> Einparkhilfe
Regensensor
Anzahl Sensoren im Fahrzeug
Bis zu 150
Erklärung Temperatursensor
Temperaturabhängige Widerstände; meistens als Spannungsteiler ausgeführt
Erklärung Schlitzscheibenpendel
Eine Codescheibe wird durch die Querbeschleunigung an einem Drehpunkt gedreht. Die Codescheibe hat einen Code in Form von Öffnungen. Diese verdecken oder öffnen eine Lichtschranke zwischen einer LED und einem Fototransistor.
Definition Steuern
Steuern ist ein Vorgang in einem System, bei dem eine Eingangsgrösse systembedingt die Ausgangsgrösse beeinflusst.
-> Merkmal davon ist die offene Wirkungskette
Beispiele ladungserzeugende Sensoren
Piezosensoren -> Klopfsensor
Fotoelemente
Erklärung/Beispiel Piezoprinzip Aktoren
Verformung des Piezokristalls bewirkt eine Spannung
direktes Wirkprinzip = Druck auf Kristall erzeugt Spannung
inversives Wirkprinzip = Spannung am Kristall erzeugt Ausdehnung
-> Klopfsensoren
Beispiele kapazitive Sensoren
Ölstandsensor
Beschleunigungssensoren
Anforderungen an KFZ-Sensoren
- kleine Ausfallrate
- Günstige Massenfertigung
- resistent gegen Elemente
Erklärung/Beispiel Elektromagnetisches Induktionsprinzip Aktoren
Eine Wechselspannung in einer Spule erzeugt in einer anderen Spule eine Wechselspannung.
-> Zündspule, Trafo
Erklärung Gierratensensor mit Resonanzschwingung
Eine Stimmgabel wird mittels Wechselstrom in Schwingung versetzt. (11kHz) die Messgabel der gleichen Einheit schwingt nicht mit. Schwingende Objekte reagieren träger auf Verschiebung als statische Objekte. Wirkt nun eine Drehung auf die Messeinheit verdreht sie sich dadurch in sich selber und erzeugt eine Ladungsverscheibung.
Wo sollten Querbeschleunigungssensoren im Fahrzeug montiert sein?
Möglichst nahe am Schwerpunkt des Fahrzeuges
Beispiele unstetige Regler
- Zweipunktregler (Ein/Aus oder Schalthysterese)
- Mechanischer Regler (Bimetall)
Erklärung Oberflächenmikromechanischer Drehratensensor
Basiert auf dem Prinzip der Massenträgheit der Schwingenden Masse. Die Schwingung wird durch einen Antriebskondensator erzeugt. Der Drehschwinger reagiert nun träger auf eine Beschleunigung, was eine Out-of-Plane Bewegung zur Folge hat. Damit verschieben sich die Kondensatorplatten und es findet eine Kapazitätsänderung statt.
Erklärung Querbeschleunigungsgeber Differenzwandler
Ein Eisenkern ist in Silikonöl gelagert und durch zwei Blattfedern zentriert. Wirkt eine Beschleunigung auf den Eisenkern ein, verschiebt er sich. Eine Primärspule erzeugt ein Wechselstromfeld, welches durch den Eisenkern auf zwei Sekundärspulen übertragen wird. Die beiden Sekundärspulen sind in Serie geschaltet und bifilar gewickelt. Dadurch wird erkannt, auf welche Seite sich der Eisenkern bewegt hat.
Erklärung Schrittmotoren
Elektromotoren mit mehreren Feldwicklungen. Je nach Ansteuerung der Wicklungen dreht sich der Rotor einen gewissen Winkel (auch Schritt genannt). Schrittmotoren müssen angelernt werden, brauchen danach jedoch keine Rückmeldung ans Steuergerät mehr.
Beispiele spannungserzeugende (galvanische) Sensoren
Hallsensor
Erklärung seismischer Querbeschleunigungsgeber
Eine seismische Masse wird durch Querbeschleunigung verschoben. Dies hat eine Kapazitätsänderung von Messkondensatoren zur Folge.
Sensor Integrationsstufen
1.) Eementar -> Analgosensor, z.B. Wssertemperatursensor
2.) Integriert Analog -> analoge Signalaufbereitung, z.B. Raildrucksensor
3.) Integriert Digital -> A/D Wandler, Signal Digital, z.B. Raddrehzahlsensor
4.) Intelligent -> hat eigenes Steuergerät, z.B. Lenkwinkelsensor
Erklärung/Beispiel Wärmeaktoren
Lichterzeugung durch Wärmeentwicklung oder Bimetallverformung
-> Heckschiebenheizung
Erklärung Potentiometer
Drehbarer Schichtwiderstand; Abgriff variabel
-> günstiger Weg/Winkel Sensor
Besitzen als Überlastschutz oft einen Vorwiderstand
2 Arten von Reglern
Stetig (regelt immer)
Unstetig (regelt sprunghaft)
Erklärung Corioliskraft-Sensoren
Die Corioliskraft ist eine Scheinkraft, welche 90° gegenüber einer Drehrichtung wirkt. Sie ist das Ergebnis von der Massenträgheit von schwingenden Objekten.
-> Bsp: starke Kurvenfahrt Seitenbeschleunigung
Corioliskraft-Sensoren bestehen aus einem Magneten und einer Schwingmasse dazwischen, welche sich von Seite zu Seite bewegen kann.
Was sind Aktoren?
Schnittstelle zwischen Prozess und Signalübertragung
-> Muskeln der Mikroelektronik
2 Arten von Ablaufsteuerungen (inkl. Beispiele)
Zeitgesteuert -> Steuerung Cabrioverdeck
Prozessgesteuert -> Liftsteuerung
-> Steuerungsarten sind oftmals verknüpft
Arbeitsbereich (Spannung) Sensoren
Warum gerade diese Werte?
0,5 - 4,5 V -> darunter und darüber Diagnosebereich
5V Sensoren müssen bei Motorstart auch funktionieren
197
|
1
|