Integriertes Sensorsystem Resistive Sensorik am Lenkrad misst Kräfte

Ein spezielles resistiv arbeitendes Sensorsystem im Lenkrad verformt sich beim Berühren und wandelt die Kraft in ein auswertbares Schaltsignal um. So lassen sich unterschiedliche Szenarien realisieren.

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

SPEA GmbH Systeme f. professionelle Elektronik und Automation

ROHM Semiconductor GmbH

Hoffmann + Krippner GmbH

Das Lenkrad hat sich von einem ursprünglich reinem Steuerelement zu einem Sicherheitsbauteil mit komplexem Anforderungsprofil gewandelt. Schon vor über 30 Jahren führte die Verschärfung der Grenzwerte beim Aufprall auf die Lenkanlage gemäß der US Vorschrift FMVSS 203 und in Europa gemäß der ECE R12 zur serienmäßigen Einführung der Airbags. Die Unterbringung eines Sicherheitssystems im Lenkrad bedurfte umfangreicher Konzeptanpassungen.

Obwohl die Zahl der im Straßenverkehr tödlich verunglückten Menschen daraufhin stark sank, ließ die Forschung nicht nach und wandte sich dem Fahrzeugführer zu. Müdigkeit, Unachtsamkeit und falsche Reaktionen sind nach wie vor Ursache für Unfälle. Hier Abweichungen rechtzeitig zu erkennen und davor zu warnen hilft, den Sicherheitsaspekt in einem Kraftfahrzeug deutlich zu verbessern.

Hieraus resultierend wurde im Jahr 2005 die Einführung der im Lenkrad integrierten Lane-Departure-Warning-Funktion entwickelt. Ein im Lenkrad integrierter Motor mit einer Unwucht Masse regt im Bedarfsfalle das Lenkelement zum Vibrieren an. Neuere Entwicklungen befassen sich mit der Entlastung des Fahrers in Situationen, in denen auch eine teilautomatische oder später sogar vollautomatische Fahrweise möglich ist.

Bei der Hands-Handerkennung (Hands ON/OFF Detection) erkennt das System, ob sich die Hände des Fahrers am Lenkradkranz befinden oder nicht. Neben Aspekten der Komforterhöhung geht mit der Detektion auch eine Entlastung für den Fahrzeugführer einher. Stop-and-Go-Situationen oder Kolonnenfahrten beispielsweise kann das System automatisch erkennen und das Fahrzeug in Zusammenwirken mit anderen Systemen autark in ausreichendem Abstand zum Vordermann führen.

Resistiv arbeitendes Handerkennungssystem

Grundsätzlich gibt es zwei Sensor-Systeme im Lenkradkranz: kapazitive oder resistive Technik. Um die Nachteile der kapazitiven Systeme zu umgehen, entwickelte Guttersberg Consulting in Zusammenarbeit mit Hoffmann+ Krippner sowie Freescale Halbleiter Deutschland ein resistiv arbeitendes Handerkennungssystem am Lenkrad.

Die in der EP 2611642 A2 patentierte Erkennung besteht aus mehreren in Abstand zu einander befindlichen Folien, welche die Verformung beim Berühren mit der Hand in ein auswertbares Schaltsignal umwandeln. Den Lenkradkranz zu etwa 65 Prozent umfassend, liegen diese Folien unter der Lederummantelung. Bestandteil des Lenkrades ist auch eine Auswert-Elektronik. Elektronik und Software wurden von Freescale auf Basis der MagniV Microcontrollerfamilie entwickelt.

Um die Toleranzen bei der Umlederung auszugleichen, setzt die Elektronik im End-of-line-Tester das spezifische Niveau des jeweiligen Lenkrades auf null. Spätere Toleranzen, hervorgerufen durch Temperaturunterschiede beispielsweise gleicht die Auswerteelektronik aus, indem sie die Widerstände mehrerer Lenkradbereiche prüft, diese vermittelt und Abweichungen eines Bereiches zum Mittelwert durch Anlegen der Hand an das Lenkrad als Signal erkennt.

Der Aufbau des Sensors

Der Sensor besteht aus zwei übereinander liegenden Folien, die durch druckbare Abstandselemente auf Distanz gehalten werden. Durch ein spezielles Druckverfahren wird eine eigens von Hoffmann + Krippner entwickelte Widerstandspaste im Siebdruckverfahren auf die Folien gebracht. Ein elektrischer Kontakt wird hergestellt, sobald sich die Folien berühren. Dieses Signal wird ausgewertet und kann mit Hilfe einer intelligenten Software die entsprechenden Aktionen auslösen. Die bereits in einem industriellen Prozess gefertigten Sensorfolien lassen sich in verschiedenen Designs auf das jeweilige Lenkradprofil anpassen.

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