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Halbleiterlösungen für die Automobil- und Industrieelektronik

Hall-Sensoren im Automobilbau: Lösungen für die Entwicklung

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Anbieter zum Thema

TDK-Micronas GmbH
ET System electronic GmbH
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Linear-, Hall-, Direktwinkel- und Strom-Sensoren

Für Wegmessungen oder die Messung von Drehbewegungen werden komplexere Hall-Sensoren mit linearer Ausgangskennlinie benötigt. Linear-Hall-Sensoren unterscheiden sich von den Schaltern wie folgt: in Abhängigkeit eines Magnetfelds nimmt der Ausgang keinen diskreten Schaltzustand an, sondern gibt ein zur Magnetfeldstärke proportionales Signal aus.

Dieses Ausgangssignal wird als analoge Spannung, pulsweitenmoduliertes Signal (PWM) oder in Form eines modernen Busprotokolls (SENT) zur Verfügung gestellt.

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Bei den Direktwinkel-Sensoren (2D) geht die Messung über das Erfassen des absoluten Magnetfeld-Wertes hinaus. Direktwinkel-Sensoren sind in der Lage die Richtung des magnetischen Feldes zu messen, während lineare Sensoren (1D) lediglich die Amplitude des Magnetfelds erfassen.

Zusätzlich zur Magnetfeldkomponente senkrecht zur Chip-Oberfläche detektieren vertikale Hall-Elemente die Magnetfeldkomponenten in der Chip-Ebene. Diese Art von Sensoren liefert Winkel- und Positionsinformationen als analoges, PWM- oder Bus-Ausgangssignal (SENT).

Der Hall-Effekt lässt sich auch dazu nutzen, mit Hilfe des Magnetfelds eines stromdurchflossenen Leiters die Stromstärke zu bestimmen. Die Stromsensoren von Micronas können für sehr präzise berührungslose Strommessungen eingesetzt werden.

Die Ausgangsspannung ist proportional zu dem gemessenen Strom und der Versorgungsspannung (ratiometrischer Analog-Ausgang). Die Stromsensoren sind für Anwendungen im Automobil und in der Industrie ausgelegt.

Anwendungsbeispiel elektronische Drosselklappe

Im letzten Jahrzehnt konnten drastische Verbesserungen bei Anwendungen der Kraftübertragung beobachtet werden, etwa bei der Getriebe- und Motorsteuerung. Diese Verbesserungen machen den Weg frei für Komfort und Fahrspaß im Automobil und garantieren eine hohe Performance bei gleichzeitiger Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen. Dieser Fortschritt beruht im Wesentlichen auf der automatischen Steuerung des Systems durch einen geschlossenen Regelkreis auf Sensor-Basis. Ein Beispiel ist die elektronische Drosselklappensteuerung (ETC=Electronic Throttle Control).

Früher wurde die Drosselklappe per Seilzug (Bowdenzug) direkt mit dem Gaspedal verbunden. In einem Fahrzeug mit ETC ist dies aufgrund der Trägheit des mechanischen Systems nicht mehr möglich.

Stattdessen bestimmt ein redundanter Drosselklappen-Sensor die Position der Drosselklappe. Die elektronische Steuereinheit (ECU=Electronic Control Unit) verarbeitet die durch verschiedene Sensoren wie Gaspedal-Sensor, Motordrehzahl-Sensor und Rad-Drehzahl-Sensor bereitgestellten Daten und steuert entsprechend dieser Informationen einen Elektromotor an, der wiederum die Drosselklappe in die gewünschte Position bringt.

Beim Einsatz von Drive-by-Wire-Technologien, wie z.B. ETC, werden aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen verbesserte Sensor-Diagnose- und Redundanz-Funktionen notwendig. Zusätzlich müssen Steuersysteme vermehrt auch eine Fehlererkennung und ein Fehlermanagement miteinbeziehen. In der Tat verfügen Drive-by-Wire-Systeme über Sicherheitsfunktionen, wie Sensor- und Controller-Redundanz.

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