Technik : Mit diesem Sensor finden Autofahrer garantiert ihr Ziel

Sensoren haben per Definition die Aufgabe, in elektronisch geregelten Systemen die Betriebszustände zu erfassen und sie in elektrische Signalgrößen umzuwandeln. Haben Sie das verstanden? Dann gratulieren wir Ihnen. Falls Sie sich nicht zufällig selbst mit diesem Thema beruflich oder privat beschäftigen, ist für Sie nur wichtig zu verstehen, dass Sensoren ganz unterschiedliche Aufgaben in Fahrzeugen übernehmen.

Heutzutage gibt es so gut wie keinen Platz am Fahrzeug mehr, wo sie nicht zum Einsatz kommen. Selbst in Autoreifen kommen sie zum Einsatz und geben nützliche Informationen über deren Beschaffenheit an das System des Fahrzeugs weiter – etwa darüber, ob der Reifendruck passt. Aber auch schwere Fahrzeuge, zum Beispiel Sattelzugmaschinen oder Traktoren, machen von Sensoren Gebrauch und optimieren dadurch einige Prozesse. Gerade bei Reparaturen können einige Sensoren dem Werkstattpersonal über Probleme am Fahrzeug Auskunft geben.

Forscher arbeiten daran, dass die Sensoren immer kleiner und platzsparender werden. Die Sensortechnologie soll dahingehend weiterentwickelt werden, dass lediglich wenige Millimeter große Chips genügen, um sie zu integrieren. Solche Halbleiterchips werden auf Basis von kreisrunden Scheiben aus Silizium oder Siliziumkarbid, den sogenannten Wafern, produziert. Auf einen Acht-Zoll-Silizium-Wafer (200 Millimeter) passen bis zu 50 000 Halbleiterchips.

Ein Beispiel für einen Sensor aus der Automobilindustrie, in den bereits viel Entwicklungsarbeit gesteckt wurde, ist der Sensor mit der Bezeichnung „SMI230“ von Bosch. Der Automobilzulieferer ist heute einer der führenden Hersteller für Halbleiter für Automobilanwendungen. Schon 1994 entwickelte Bosch einen Prozess zur Herstellung von sogenannten MEMS-Sensoren. Dabei steht „MEMS“ für mikroelektromechanische Systeme.

Der MEMS-Sensor (SMI230) registriert permanent und hochpräzise die Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen eines Fahrzeugs, wertet die Informationen aus und übermittelt sie an das Navigationssystem. Dort werden sie mit den Positionsdaten des globalen Navigationssatellitensystems GNSS (Global Navigation Satellite System) kombiniert und für die Navigation genutzt.

Fällt zum Beispiel das GPS-Signal kurzfristig aus – etwa in einem Tunnel oder in den Häuserschluchten einer Großstadt – springt der neue Bosch-Sensor ein. „Wenn das Navigationssystem nicht mehr weiterweiß, sorgt Bosch mit Sensoren aus Halbleitern dafür, dass die Orientierung nicht verloren geht“, sagt Jens Fabrowsky, Mitglied des Bereichsvorstands des Bosch-Geschäftsbereichs Automotive Electronics.

Mit den jederzeit zuverlässigen Bewegungsdaten des Fahrzeugs gehört zudem das allseits bekannte Daumenkino der Navigationsanzeige der Vergangenheit an. Denn mit der Kombination aus Position und Sensorinformationen macht der Positionspfeil in der Navigation keine unrealistischen Sprünge oder ruckartigen Drehungen von Wegpunkt zu Wegpunkt.

„Halbleiter sind wichtige Bausteine moderner Mobilität und aus keinem Auto mehr wegzudenken“, sagt Fabrowsky. Die Fertigung des SMI230 bei Bosch ist vor kurzem angelaufen; erste Kunden erhalten den Sensor bereits serienmäßig.

Ohne Ruckeln, ohne Zucken: Sensortechnologie im Chipformat - das ist laut Bosch das Geheimnis hinter den flüssigen Bewegungen des Positionspfeils auf der Navigationskarte.

Für die hochpräzisen Bewegungsdaten des Fahrzeugs bringt Bosch gleich zwei dieser winzigen und äußerst feinfühligen Sensoren – einer für die Beschleunigung des Fahrzeugs und ein zweiter für dessen Drehrate – in einem Gehäuse zusammen. Diese Kombination ist die Stärke des SMI230.

Zudem arbeitet das Sensor-Duo besonders genau und erkennt Bewegungsänderungen des Fahrzeugs außergewöhnlich schnell. Dank der Daten des SMI230-Sensors folgt der Positionspfeil exakt dem Straßenverlauf. Gleiches gilt für den Fall, wenn das Navigationssystem die Orientierung komplett verliert, weil das Signal der Satellitenpositionierung abbricht.

„Der Sensor von Bosch beseitigt die blinden Flecken der GNSS-Navigation“, sagt Michael Rupp, Produktmanager im Bereich Automotive Electronics bei Bosch. „Er hilft, die eigene Position auch bei schlechtem Satellitensignal genau zu bestimmen und Richtungskommandos zum genau richtigen Zeitpunkt zu geben.“

Dafür gleicht das Navigationssystem permanent die vom Bosch-Sensor erkannten Änderungen der Fahrzeugrichtung sowie der Geschwindigkeit mit dem Signal der letzten Position ab und synchronisiert damit die aktuelle Position auf der Navigationskarte.

Die Datenerfassung ist so präzise, dass die Position des Fahrzeugs auch noch nach einiger Zeit zuverlässig angezeigt wird. Ein Sensor, viele Möglichkeiten: Halbleiterchips von Bosch kommen vor allem als Sensoren für Sicherheits- und Fahrerassistenzsysteme zum Einsatz, aber auch im Bereich Multimedia, Vernetzung und in sowohl traditionellen als auch elektrifizierten Antrieben.

Der MEMS-Sensor SMI230 verbessert mit seinen Fähigkeiten die Navigation von Fahrzeugen und zudem Flottenmanagement und Mautsysteme. Hier ist ebenfalls eine präzise Bewegungserkennung wichtig.

Obendrein wird er in Alarmanlagen eingesetzt, weil er Vibrationen und Schläge gegen ein Auto präzise erkennt. Kommt es zu einem Unfall – messbar über extrem negative Beschleunigungswerte (Aufprall) oder enorme Drehbewegungen (Überschlag) – kann mit den Sensordaten sogar das automatische Notrufsystem „eCall“ ausgelöst werden.