Schneller Bremsen
Physik Journal – mithilfe eines neuen Magnetsensors lässt sich die genaue Position eines Bremspedals direkt bestimmen.
Physik Journal – mithilfe eines neuen Sensors lässt sich die genaue Position eines Bremspedals direkt bestimmen.
Schnell und zuverlässig müssen elektronische Bremsen den kleinsten Fußdruck auf das Pedal in ein elektrisches Signal umwandeln können. Heutzutage wird dazu über eine aufwändige Mechanik eine Scheibe verdreht, deren Winkelgeschwindigkeit mehrere Magnetfeldsensoren messen. Günstiger, schneller und zuverlässiger lässt sich das elektrische Bremssignal nun mit einer neuen Magnetsonde gewinnen, die Änderungen eines Magnetfeldes in allen drei Raumdimensionen misst. Forscher um Hans-Peter Hohe am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen setzten dazu drei Magnetfeldsonden auf einen winzigen Chip, der die lineare Bewegung des Bremspedals direkt in ein verwertbares Spannungssignal umwandelt.
Die genaue Position eines Bremspedals oder eines Joysticks lässt sich mithilfe eines neuen Sensors direkt bestimmen. (Foto: FhG)
Mit einem Auflösungsvermögen von bis zu einem Mikrotesla lassen sich so Winkelveränderungen von rund einem Zehntel Grad messen. Den Kern des 3D-Sensorchips bilden drei n-dotierte Siliziumplättchen mit 5 µm Dicke und 100 µm Kantenlänge. Jeweils 90 Grad zueinander versetzt reagieren die Plättchen auf die Auslenkung in je einer Raumrichtung. Beim Druck auf das Bremspedal bewegt sich der Chip durch ein inhomogenes Magnetfeld (1–100 mT) eines Permanentmagneten. Mithilfe des Hall-Effekts lassen sich alle drei Komponenten des Magnetfeldes messen. Dazu fließt ein Strom von rund einem Milliampere von einer Längsseite jedes Si-Plättchens zur gegenüber liegenden Seite. Durch die Änderung des Magnetfeldes relativ zur flachen Seite jedes Plättchens werden die Elektronen seitlich abgelenkt, sodass sich in der Mitte der anderen beiden Längskanten eine Spannung im Mikrovoltbereich abgreifen lässt. Aus diesen Signalen ergibt sich die aktuelle Position des Pedals direkt, ohne mechanische Umwege.
Obwohl dieser Sensor rund doppelt so schnell reagiert wie bisher verwendete Magnetfeldsonden, sieht Hohe die Hauptvorteile in der Zuverlässigkeit und der möglichen Kostenersparnis. Denn sein 3D-Magnetsensor lässt sich günstig mit Standard-Lithographie-Verfahren auf einen Chip bannen. Der Automobilkonzern BMW testet bereits das kleine Modul, und auch Hersteller von Produktionsmaschinen und Haushaltsgeräten zeigen sich interessiert.
Jan Oliver Löfken
Quelle: Physik Journal, Juni 2005
