Drehmomentsensor

Drehmomentsensor von Bosch für neue Lenksysteme

Elektrisch angetriebene Systeme zur Lenkunterstützung ersetzen in den nächsten Jahren die derzeit gebräuchlichen Lösungen auf der Basis von Hydraulik oder Elektrohydraulik.

Um diese Servofunktion und weitere geplante Funktionen umsetzen zu können, benötigt das Steuergerät des Lenksystems genaue Informationen über die Lenkbefehle. Bosch entwickelt deshalb Sensoren, die die erforderlichen Daten von Drehwinkel, Drehrichtung und Drehmoment elektronisch erfassen.

Die ersten Kleinwagen mit elektrischer Servolenkung (Opel Corsa) sind bereits auf dem Markt. Leistungsfähigere Systeme ermöglichen zunehmend den Einsatz in höheren Fahrzeugklassen. Derart betriebene Servosysteme führen vorrangig zu reduziertem Kraftstoffverbrauch. Die elektronische Steuerung der Systeme stellt jedoch hohe Anforderungen an die Sensoren; so benötigt sie erstmals die Information des Drehmoments.

Drehmonentsensor von Bosch

Die Vorteile des optischen Messprinzips liegen in der hohen Auflösung und der geringen EMV-Einstrahlempfindlichkeit. Der ermittelte Wert des absoluten Drehwinkels kann zur Mittenrückstellung der Lenkung oder auch von anderen Fahrzeugsystemen wie dem Elektronischen Stabilitäts-Programm ESP verwendet werden. Geringe Baugröße und verschiedene verfügbare Schnittstellen bieten den Fahrzeugherstellern größte Flexibilität bei der Anpassung an den Einbauort. Das Prinzip der Signalaufbereitung genügt hohen Sicherheitsanforderungen. Zusammen mit seiner hohen Auflösung und Aktualisierungsrate ist er damit auch für zukünftige Steer-by-Wire-Systeme bestens geeignet.

Ein optisches Sensorelement erkennt die Verdrehung von zwei mit entsprechenden Codes versehenen Scheiben auf der Lenkachse zueinander. Hieraus errechnet der Sensor mit zugehöriger Elektronik das Drehmoment sowie den absoluten Lenkwinkel. Die sehr hohe Aktualisierungsrate erlaubt eine feinfühlige Regelung der elektrischen Servounterstützung, so dass für den Fahrer kein Unterschied zu bestehenden Lenkungssystemen fühlbar ist.

Opel Corsa:

Die elektrisch unterstützte Servolenkung arbeitet geschwindigkeitsabhängig, so dass die lenkunterstützende Kraft nur erzeugt wird, wenn man sie benötigt. Man spürt geringe Lenkkräfte beim Manövrieren im Stadtverkehr und beim Einparken. Diese Servolenkung sorgt auch für guten Fahrbahnkontakt, ist benzinsparend auf Langstrecken.

Lenkmomentsensor nach magnetoresistivem Prinzip

Er besteht aus Eingangswelle, Torsionsstab, Abtriebswelle und dem magnetoresistivem Element. Die Leitungen zur Signalübertragung und zur Spannungsversorgung verlaufen in einer Wickelkassette, die eine sichere Übertragung bei Verdrehung der Lenkspindel garantiert. Beim Lenken verdreht sich der Torsionsstab. Der Verdrehwinkel ist ein Maß für das Lenkmoment.

Die Funktion des Lenkmomentsensors beruht auf dem magnetoresistiven Prinzip. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass sich bei Änderungen des Magnetfeldes Widerstandsänderungen ergeben. Von den magnetoresistiven Elementen werden unterschiedliche Spannungssignale erzeugt, die an das Steuergerät geleitet werden. Mit diesen Informationen berechnet das Steuergerät das aufzubringende Unterstützungsmoment.

Der Lenkmomentsensor arbeitet nach dem magnetoresistivem Prinzip.

Eine weitere Art einer Lenkdrehmomentmessung ist die nach dem photoelektrischem Prinzip.

Dabei ist vor und hinter einer definierten Schwachstelle (Torsionsstab) der Lenksäule je eine Scheibe mit einem Öffnungsschema vorhanden. Hier arbeiten Leuchtdioden auf der einen und Fotodioden auf der anderen Seite in axialer Richtung zusammen. Die beiden Scheiben können allerdings auch als größerer und kleinerer Topf so ineinander verschachtelt sein, dass Leucht - und Fotodiode auf einer radialen Linie angeordnet sind. Wichtig ist, dass beide auch feinste Unterschiede im Drehwinkel der beiden Scheiben feststellen und als qualitatives Maß an das Steuergerät weiterleiten.