Continental: Drehratensensor in Silizium-Technologie

Der Autozulieferer Continental hat als weltweit erster Hersteller die vor allem für das elektronische Stabilitätsprogramm ESC notwendigen Drehraten- und Beschleunigungssensoren in einem einzigen zentralen Bauteil zusammengefasst. Anfang 2010 geht das neue System bei mehreren Automobilherstellern in Serie.

Drehratensensor in Silizium-Technologie

Beschleunigungs- und Drehratensensor sind die zentralen Messfühler, um dem ESC die notwendigen Informationen über den Fahrzeugzustand zur Verfügung zu stellen. Dazu misst das System die Rotationsgeschwindigkeit der Räder, die Quer- und Längsbeschleunigung des Autos, die Bewegungen des Lenkrades und die Gier- oder Drehrate um die Hochachse des Fahrzeugs. Aus allen diesen Daten errechnet es präzise, wohin das Fahrzeug steuert und der Fahrer lenkt. Bislang wurden speziell für den Drehratensensor zwar auch mikromechanische Sensoren eingesetzt, nun kommen aber erstmals ausschließlich aus Silizium gefertigte Sensoren zum Einsatz, die rein kapazitiv arbeiten. Diese bieten neben Kostenvorteilen vor allem eine höhere Genauigkeit, also Empfindlichkeit bei der Messung, daneben auch nur sehr geringe Abweichungen der Messgenauigkeit in der Serienfertigung – und vor allem über eine lange Lebensdauer nur geringe Abweichungen der Messwerte.

Die HerausForderung für die Entwicklungsingenieure bei der Integration in einem Bauteil war es, Störfrequenzen sowie das Übersprechen von Signalen vom einen auf den anderen Sensor zu verhindern. Durch den Einsatz der Siliziumsensoren ist es Continental gelungen, eine höhere Robustheit gegen solche Resonanzen und Vibrationen, aber auch gegen hohe Umgebungstemperaturen von 125° Celsius zu erreichen.

Durch die kompakte Bauweise des Sensorclusters sinkt der Platzbedarf im Fahrzeug, sie erleichtert also die Unterbringung und macht in Verbindung mit Kostenvorteilen den Einsatz von ESC in Modellen aller Fahrzeugkategorien möglich. Durch die Integration des kombinierten Drehraten- und Beschleunigungssensors in ESC- oder Airbag-Steuergeräte lässt sich die Ausfallsicherheit bei sicherheitskritischen Anwendungen noch weiter erhöhen, da weniger externe Bauteile eingesetzt und miteinander verbunden werden müssen.

High Precision für zusätzliche Anwendungen und Selbstdiagnose

Der Einsatz des neuen Sensorclusters erfüllt neben der Standard-Anwendung für ESC auch so genannte High-Precision-Spezifikationen. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit hochentwickelter Systeme wie der Adaptive Cruise Control (ACC, Abstandstempomat), Active Front Steering oder des Adaptiven Kurvenlichts weiter verbessert. Bei redundanten Systemen erhöht sich so die Genauigkeit der Fehlerüberwachung, beim intelligenten Abstandstempomat zum Beispiel bringen die leistungsfähigeren Sensoren eine größere Zielgenauigkeit des Radars.

In der hochintegrierten Signalverarbeitung werden alle internen Signale überwacht und ausgewertet. Das bezieht sich auf alle Stufen der gesamten Signalkette. Erkennt das System einen Fehler, wird dieser in einem eigenen, nichtflüchtigen Speicher gesichert und kann über ein Diagnosegerät ausgelesen werden. Dadurch erweitern sich die Diagnosemöglichkeiten sowohl für die Sensoren selbst als auch für den kompletten Sensorcluster.

Insgesamt ergibt sich somit eine weitere Erhöhung der Produktqualität und damit ein großer Schritt in Richtung des Continental Qualitätsziels: Zero Defects, also keine Ausfälle durch technische Fehler.