Fachkunde:Kraftfahrzeugtechnik KFZ-Elektrik KFZ-Elektronik

Fachkunde:Kraftfahrzeugtechnik

KFZ-Elektrik KFZ-Elektronik

Spannungsversorgung und BordnetzElektrische Motoren, StarterZündanlagen/systemeSensoren

EinspritzsystemeKomforttechnik(Elektrisch verstellbare Sitze/Außensiegel, Diebstah

lschutzsyteme,Fahrerassistenzsysteme,Infotainmentsystem)

Inhalt

Sensoren haben die Aufgabe, in elektronisch geregelten Systemen die Betriebszustände zu erfassen und sie in elektrische Signalgrößen umzuwandeln.

Sensoren

Sensoren

Sensoren haben die Aufgabe, in elektronisch geregelten Systemen die Betriebszustände zu erfassen und sie in elektrische Signalgrößen umzuwandeln.

Sensoren

1. Einteilung von SensorenSensoren werden unterschieden nach:•Aufgabe (z.B. Ermittlung von Drehzahlen, Temperaturen, Drücken)•Art des Ausgangssignals (z.B. analog, binär, digital)•Kennlinienart (z.B. stetig linear, stetig nicht linear, nicht stetig)•Physikalischer Wirkungsweise (z.B. induktiv, kapazitiv, optisch, thermisch)•Anzahl der Integrationsstufen•Aktiv oder passiv

Aktiv Sensoren: Daunter verstet man Sensoren, die zur Erfassung der physikalischen Größen eine eigene Spannungsversorgung benötigen. Beispiele für aktive Sensoren:Heißfilm-Luftmassenmesser, Saugrohrdruckfühler, Hllgeber.

Passiv Sensoren: Sie benötigen im Gegensatz zu Aktiven Sensoren keine eigene Spannungversorgung. Beispiele für passive Sensoren: NTCs, Pote

ntiometer, Klopfsensoren.

Sensoren

2.Beispiele für Sensoren Sensoren

•SchalterDie einfachste Form von Sensoren sind Schalter. Sie können mechanisch, z.B. Warndruckschalter bei Druckluftbremsen, hydraulisch, z.B. Öldruckschalter, thermisch , z.B. Thermoschalter oder elektrisch, z.B. Relais, betätigt werden.


•SchalterSchalter können dem Steuergerät zwei Zustände mitteilen, nämlich Schalter geschlossen oder Schalter geöffnet. Die Information erfolgt durch den Spannungsabfall am Schalter.


•PotentiometerSie werden dazu verwendet, dem Steuergerät die Winkelstellung bzw. Die Position von Wellen oder Klappen zu signalisieren. Im Fahrzeug werden sie z.B. als Drosselklappenpotentiometer, Potentiometer an Fahrpedal- oder an Tankfüllstandsgebern eingesetzt.


•PotentiometerPotentiometer funktionieren als Spannungsteiler. Dazu tastet ein von einer Welle betätigter Schleifer Widerstandsbahnen ab. Durch die sich verändernde Länge der Widerstandsbahn verändert sich der Widerstand und damit der Spannung sabfall am Widerstand.Das Potentiometer erhält über PIN 4 des Steuergerätes eine Versorgungsspannung von z.B. 5 V. Befindet sich die Welle bzw. Der Schleifkontakt in der Ausgangsstellung, liegt an PIN3 eine Spannung von z.B. 4,2 V an. Wird die Welle bis zum Anschlag bewegt, nimmt die Ausgangsspannung kontiuierlich bis auf z.B. 0,7 V ab.


•Temperaturfühler Sie werden eingesetzt, um Temperaturen elektronisch zu erfassen. Im Fahrzeug findet man sie z.B. als Motor-, Luft- oder Kraftstrofftemperatur-fühler. Im Sensorengehäuse ist ein Messwiderstand aus Halbleitermaterial untergebracht.


Halbleiterwiderstände Varistor (VDR) Voltage Dependent Resistor

Heißleiter(NTC)Negative Temperature Coefficient

Kaltleiter (PTC) Positive Temperature Coefficient

Fotowiderstand (LDR)Light Dependent Resistor


•TemperaturfühlerAnalog zum Widerstand wird der Spannungsabfall am NTC mit zunehmender Temperatur kleiner. Er kann mit einem Multimeter überprüft werden.


•LuftmengenmesserIn ihm befindet sich die Stauklappe, die unter Federspannung einer Spiralfeder steht. Die Stauklappe wird durch die Luftströmung beim Ansaugen gegen die Federkraft ausgelenkt und in eine bestimmte Winkelstellung gebracht.

ions-

ter

fühler

2.Beispiele für SensorenSensoren

•Hitzdraht-LuftmassenmesserAls Sensor dient ein im Luftkanal gespannter Hitzdraht. Dieser wird durch elektrischen Strom auf einer konstanten Temperatur von 100°C über der Ansauglufttemperatur gehalten. Bei unterschiedlichen Fahrzuständen wird mehr oder weniger Luftmasse angesaugt.


•Hitzfilm-Luftmassenmesser

In einem im Ansaugkanal liegenden Messkanal ist ein Heißfilmsensor eingebaut.

ele An

Ge


•Hitzfilm-Luftmassenmesser

Dieser besteht aus drei elektrischen Widerständern (NTC)Heizwiderstand RH (Platinfilmwiderstand)Sensorwiderstand RS

Temperaturwiderstand RL (Ansaugluft)


•Heißfilm-Luftmassenmessung mit RückstromerkennungUm Fehler durch die pulsierende Luftsäule im Saugrohr zu minimieren, werden Heißfilm-Luftmassenmesser mit Rückstromerkennung eingebaut. Diese Sensoren verhindern, dass das Messergebnis durch Rückstromung verfälscht wird. Damit kann die Zumessung des Kraftstoffes genauer erfolgen (Fehler max. +/- 0.5%)


•Heißfilm-Luftmassenmessung mit RückstromerkennungAus dem Diagramm ist zu entnehmen, dass sich die Signalspannung lastabhängig zwischen ca. 1V (Leerlauf) und 5V (Volllast) ändert.


•SaugrohrdrucksensorDer Sensor hat die Aufgabe, den Druck im Saugrohr zu erfassen. Er kann direkt am Saugrohr befestigt oder im Steuergerät untergebracht sein. In letzteren Fall ist er über eine Schlauchleitung mit dem Saugrohr verbunden. Der Sensor enthält eine Auswerteschaltung und eine Druckzelle mit zwei Sensorelementen.

r

n


•SaugrohrdrucksensorDie Auswerteschaltung hat die Aufgaben:Die durch die Widerstandsänderung erzeugte Spannungsänderung zu verstärkenTemperatureinflüsse zu kompensierenEine möglichst linare Kennlinie zu erzeugen

Aus der Spannungsänderung wird über den Saugrohrdruck die angesaugte Luftmenge ermittelt.


•DrosselklappenpotentiometerDer Geber hat die Aufgabe, die Stellung der Drosselklappe zu erfassen. Wird die Drosselklappe geöffnet, beweg die Drosselklappenwelle die Schleifarme, die die Widerstandabahnen abtasten.


•DrosselklappenpotentiometerSoll das Drosselklappensignal als Hauptlastsignal verwendet werden, werden die Potentiometer mit doppelten Widerstandsbahnen und zwei Schleifarmen verwendet.

Sensoren

Sensoren

5V 5V

5V 0VDrosselklappenpotentiometer


•Drehzahlerfassung:Sie kann durch verschiedene Sensoren erfolgen:Induktiver Drehzahlfühler an der KurbelwelleHallgeber im Verteiler (mit Blendenrotor)Hallgeber an der Nockenwelle (mit Magnet)Hallgeber an der Kurbelwelle (mit Impulsgeberrad)


•Induktiver Drehzahlfühler:An der Kurbelwelle ist ein ferro-magnetisches Geberrad angebracht. Ein induktiver Drehzahlsensor, der aus einem Weicheisenkern mit Kupferwicklung (Geberspule) und einem Dauermagneten besteht, tastet die Zahnfolge ab.

Bei Drehung der Kurbelwelle erzeugen die Zähne des Geberrades magnetische Flussänderungen in der Geberspule, wodurch eine Wechselspannung induziert wird.


•Induktiver Drehzahlfühler:Soll von diesem Sensor zugleich dievKubelwellenstellung erfasst werden, wird am Geberrad eine größere Lücke als Bezugsmarke angebracht.

Beim Vorbeidrehen der Lücke am Induktivgeber wird wegen der größeren magnetischen Flussänderung eine höhere Spannung induziert.


•HallgeberHallgeber haben gegenüber induktiven drehzahlsensoren den Vorteil, dass die höhe ihrer Signalspannung unabhängig von der Drehzahl ist. Dadurch können auch sehr niedrige Drehzahlen erfasst werden. Hauptbauteil eines Sensors ist der Hall-Generator , der aus einer Halbleiterschicht beseht, die vom Versorgungsstrom IV durchflossen wird.


•Hallgeber im Verteiler mit BlendenrotorEr besteht aus dem Hallgenerator, dem Dauermagneten und der Integrierten Schaltung, die die Hallspannung verstärkt und in ein Rechtecksignal (Geberspannung UG) umwandelt.


•Hallgeber im Verteiler mit BlendenrotorSchiebt sich eine Blende zwischen Hall-IC und Dauermagnet, so wird das Magnetfeld abgeschirmt, die Hallspannung UG ist Null.


•Hallgeber an der NockenwelleDer Sensor besteht aus dem Hallgenerator und derIntegrierten Schaltung zur Signalaufbereitung. Das Magnetfeld zur Bildund der Hallspannung UH wird durch ein an der Nockenwelle angebrachtes Magnetplättchen erzeugt.

Das Signal dieses Gebers wird nur im Notlauf bei Ausfall des Motordrehzahl-gebers zur Drehzahlberechnungherangezogen.


•Hallgeber an der NockenwelleAllerdings benötigt das Motorsteuergerät bei Verwendung von Einzelfunken-Zündspulen oder bei selektiver Benzin-Einspritzung die eindeutige Bestimmung des Zünd-OT des 1. Zylinders, um die richtige Zündspule bzw. Das richtige Einspritzventil anzusteuern. Zu diesem Zweck werden die Signale des Motor-drehzahlgebers an der Kurbelwelle und das Signal des Nockenwellengebers kombiniert.


•Hallgeber an der Kurbelwelle mit ImpulsgeberradDer Sensor besteht aus zwei Hall-Generatoren, einem Dauermagneten und der Auswerteelektronik, die die Hallspannungen der beiden Hallgeneratoren auswertet und zur Geberspannung verstärkt. Er ist wie der induktive Motordrehzahlgeber an der Kurbelwelle angebracht und tastet ein Geberrad ab, das als Lochblende ausgeführt ist. Dreht eine Blende am Sensor vorbei, wird das Magnetfeld je nach Position der Blende unterschiedlich verstärkt. Damit sind die Magnetfelder, die auf die Hallgeneratoren wirken, zeiweise verschieden stark, was unterschiedliche Hallspannungen hervorruft.


•Hallgeber an der Kurbelwelle mit ImpulsgeberradAus den jeweils entstehenden Hallspannungen Uh erzeugt die Auswerteschaltung die Geberspannung UG.


•KorrekturgrößenZur Erfassung der benötigten Korrekturgrößen verwendet man:

Temperaturfühler (NTC) für z.B. Motortemperatur, AnsauglufttemperaturDruckfühler (Piezo-Sensoren) für z.B. Umgebungsdruck, Saugrohrdruck.Lambdasonden


•WinkelsensorenSie werden eingesetzt, um den Verdrehwinkel von Wellen zu bestimmen. Dazu wird meist das Hall-Prinzip verwendet. Ein oder mehrere Hall IC’s sind so angebracht, dass sie bei der Drehung der Welle von entsprechenden Magnetfeldern durchdrungen werden. Aus denerzeugten Hall-Spannungen berechnet der im Sensor integrierte Mikroprozessor den Drehwinkel und bereitet das Signal für die Übergabe an den CAN-Bus auf. Anwendung findet dieses Prinzip bei Fahrpedalgebern von Motronic-Anlagen, bei Lenkwinkelsensoren für das ESP und bei Achssensoren für die dynamische Leuchtweitenregulierung.


•UltraschallsensorenMit ihrer Hilfe sollen Abständ zu Hindernissen und Räumen überwacht werden. Ein Sensor besteht aus einer Auswerteelektronik und einer Sende-Empfangseinheit, die Ultraschallwellen aussendet und die reflektierten Wellen wieder empfängt.


•DrehratensensorenDiese Sensoren arbeiten entweder piezo-elektrisch oder kapazitiv. Sie dienen dazu, die Drehbewegung des Fahrzeugs um seine Hochachse zu bestimmen. ESP, Navigationssystem


•BeschleunigungssensorenDiese Sensoren sollen die Beschleunigungen beim Aufprall eines Fahrzeugs erfassen und über das Steuergerät die Insassenrückhaltesysteme auslösen. Gurtstraffern, Airbags oder Überrollbügel


•GassensorenMit ihrer Hilfe sollen NOX-, CO- Konzentrationen und die Luftfeuchte überwacht werden. Sie bestehen aus Dickschichtwiderständen, die zinnoxid enthalten. die Feuchtigkeit und Luftgüte in Klimmaanlagen überwachen sie mit Benzin-Direkteinspritzung verwenden


•Optische SensorenSie bestehen aus Leuchtdioden, die Licht aussenden und Fotodioden, die Licht empfangen. Aufgrund veränderter Reflexion erkennt das Steuergerät durch verringerten Lichtempfang der Fotodioden eine Verschmutzung der Schein-werfer, Glasbruch oder Regentropfen auf der Windschutzschibe.

2.Beispiele für SensorenÖÄÜöäüß Sensoren

•KraftsensorenDruckabhängige Widerstandselemente weden zu einer Sensormatte verbunden. Aus der Druckverteilung auf die Matte kann das Steuergerät z.B. Gewicht, Position und Bewegung des Insassen berechnen und die Rückhaltesysteme im Fahrzeug im Crash-Fall gezielt auslösen. Airbag auslösen,Kindersitzerkennung integriert


•ÖlsensorDer Sensor ist in der Lage sowohl Qualität (Alterung) und Temperatur als auch die Menge des vorhandenen Motoröles ausgewertet.

Fachkunde:Kraftfahrzeugtechnik KFZ-Elektrik KFZ-Elektronik

Documents

Transcript of Fachkunde:Kraftfahrzeugtechnik KFZ-Elektrik KFZ-Elektronik