Meting in automobieltoepassingen: Toepassingsgebieden van draaihoeksensoren

Bij de nauwkeurige verzameling van gegevens spelen de omgevingsomstandigheden een belangrijke rol. Draaihoeksensoren bijvoorbeeld, die de hellingshoek van het voertuig (doorveerwaarden) meten en voor de niveauregeling en/of de koplampverstelling dienen, wordt quasi open in het ophangingsgedeelte van het voertuig aangebracht. Hierdoor worden ze blootgesteld aan soms ongunstige omstandigheden. Des te belangrijker is de ongevoeligheid van de draaihoeksensoren voor vocht (bijv. waterdichtheid, IP6K9K) en temperatuurschommelingen. De CIPOS®-sensortechnologie van HELLA functioneert niet alleen contactloos en daarmee mechanisch onafhankelijk, maar voldoet ook aan de betrouwbaarheidseisen dankzij de stabiele constructie van het omhulsel. De elektronica is bijvoorbeeld ondergebracht in een lasergelaste behuizing van polyamide PA66.

Het bedieningsmechanisme moet soepel lopen en bestand zijn tegen mechanische effecten en milieu-invloeden. De eigenlijke beweging wordt door middel van een verbindingselement van metaal of kunststof via een rotor omgezet in een draaibeweging. De sensor meet de exacte draaihoek met behulp van de inductiemethode. Op basis van de waarden wordt de lichtbundel (licht/donker-grens) van de koplampen via de koplampversteleenheid door middel van elektrische stelaandrijvingen geregeld. Bovendien worden de waarden gebruikt voor actieve chassisregeling of worden doorgegeven aan de ESP-regeling.

HELLA biedt bijvoorbeeld ook sensoren met een geïntegreerde koplampversteleenheid voor (Sensor Integrated Electronic Control Unit, SIECU) aan. Meer over het onderwerp koplampverstelling, de technologie en mogelijke oorzaken van defecten vindt u hier

Het meetprincipe van een stuurhoeksensor is eveneens gebaseerd op de inductieve, wrijvingsloze CIPOS®-technologie. Vandaag de dag zijn sensoren vaak rechtstreeks geïntegreerd in de stuurregelingsmodule van de elektromechanische stuurbekrachtiging en moeten ze dus klein en compact zijn. De kleine inbouwruimte vereist een robuuste, betrouwbare en tegelijk nauwkeurige meettechniek. Het meetprincipe van een stuurhoeksensor detecteert de verdraaihoek en de grote torsiehoek van de as. Dit vereist een hoge meetsnelheid en absoluut exacte waarden in het resultaat. Bovendien moet de sensor een hoog niveau aan elektromagnetische compatibiliteit (EMC) hebben. Bovendien biedt gescheiden hoekinformatie over de uitgaande en ingaande assen diverse mogelijkheden om de prestaties en functionaliteit van het stuursysteem te optimaliseren.

HELLA biedt ook gecombineerde stuurkoppel- en stuurhoeksensoren aan. Het stuurkoppel beschrijft de kracht in Nm die nodig is om het stuurwiel te bedienen - afhankelijk van de rijsnelheid, de stuurtaak en de stuurhoek. Tegelijkertijd moet de stuurinput van de bestuurder zo veilig en comfortabel mogelijk zijn. Het stuurwiel moet echter ook de juiste feedback geven.

Verder moet de vakman in de garage aandacht besteden aan het "op nul zetten" van de stuurhoeksensor, bijvoorbeeld na afstel- en meetwerkzaamheden aan het chassis. Als de stuurhoek en de rijrichting niet overeenkomen, kunnen er problemen ontstaan met hulpsystemen zoals het stabiliteitsprogramma. De informatie van de desbetreffende voertuigfabrikant moet in acht worden genomen.

Terwijl in het verleden bij de gaskleppotentiometer versleten geleiderbanen problemen opleverden en tot een onregelmatige motorloop leidden, wordt nu ook dit onderdeel vervangen door contactloze draaihoeksensoren met CIPOS®-technologie. Afhankelijk van de openingshoek van de gasklep en de aandrijfsnelheid worden de inspuithoeveelheid en de ontstekingshoek gecorrigeerd. Bovendien wordt het signaal van de gaskleppositiesensor gebruikt voor de detectie van de deelbelasting als functie van het motortoerental en de inlaatluchtmassa, evenals voor de detectie van de volle belasting (gasklep vol open) en de deactivering van de lambdaregeling en de mengselverrijking. In moderne voertuigen is er niet langer een mechanische verbinding tussen het gaspedaal en de gasklep. Afhankelijk van de waarden van de elektronische gaspedaalsensor (ook met CIPOS®-technologie) wordt de gasklepstelmotor aangestuurd door de motorbesturingseenheid. In dit verband wordt ook de term "gas-by-wire" gebruikt. De exacte positie van de gasklep wordt permanent doorgegeven aan de motorbesturingseenheid.

De CIPOS®-draaihoeksensoren (Contact Less Inductive Position Sensor) van HELLA kunnen in talrijke toepassingen worden gebruikt om hoeken nauwkeurig en betrouwbaar te meten. De hoekbepaling geschiedt hierbij inductief via een contactloos en daardoor slijtagevrij proces. Hierdoor wordt de hoge meetnauwkeurigheid gedurende de gehele levensduur gewaarborgd. Aangezien er geen magneet nodig is, garanderen de draaihoeksensoren ook de ongevoeligheid voor magnetische velden en krachtstroomleidingen. Dit maakt de technologie ideaal voor gebruik in elektrische voertuigen.

Vooral de redundante draaihoeksensoren (dubbele sensoren) maken een storingsdetectie en dus een grotere veiligheid van het volledige systeem mogelijk. Door een zich herhalende karakteristiek van het uitgangssignaalverloop (afhankelijk van de gebruikte sensorstructuur) kunnen verschillende inbouwposities worden gerealiseerd. Dit vergroot het aantal mogelijke toepassingen. De CIPOS®-draaihoeksensoren zijn, afhankelijk van de vereisten, ontworpen voor de volgende interfaces voor gegevensoverdracht: analoog, PWM, PSI 5 (perifere sensorinterface met tweedraadslijn) of SENT.

Het voordeel, bijvoorbeeld van sensoren met SENT-interface (Single-Edge-Nibble-Transmission), is de digitale signaalspanningsuitgang, die op weg van de sensor naar de besturingseenheid niet vervormd kan raken. Bovendien biedt dit ten opzichte van pulsbreedte- of frequentiegemoduleerde datatransmissie het voordeel dat in één dataprotocol tot zes datapakketten kunnen worden verzonden. Dit maakt de registratie van meerdere, verschillende meetwaarden mogelijk.

Auteur: Georg Blenk, Krafthand Medien