E-MOBILITY - WIE INNOVATIVE SENSOREN DAS MESSEN VON
DREHMOMENT UND KRAFT BAHNBRECHEND VERBESSERN
E-Mobility umfasst ein sehr breites Themenspektrum von der Elektrifizierung von Motorädern bis zum autonomen Fahren. Für den effizienten Betrieb vom Antriebsstrang aktueller Elektro- oder Schienenfahrzeuge werden eine permanente Überwachung und Diagnose von Motoren durch smarte Sensoren benötigt. In der Zukunft werden die
Anforderungen an die Sensoren in Punkto Messbereiche und Dynamik deutlich steigen, diese ist dem technologischen Fortschritt in der Leistungselektronik geschuldet. Bei Sensorherstellern liegt aktuell ein sehr großer Fokus darauf, die Fahrzeuge mit Intelligenz auszustatten, um das autonome Fahren zu ermöglichen. Ein geringerer Fokus wird auf die Themen Effizienz der Antriebe und Fahrdynamischer Komfort gelegt. Hierbei könnten mit kleinen smarten Sensorlösungen deutliche Fortschritte erzielt werden.
Ein großer Unterschied zwischen Fortbewegungsmittel, die auf Basis von herkömmlichen Verbrennungsmotoren funktionieren zu E-Mobility Fahrzeugen ist die Art und Weise wie das notwendige Drehmoment aufgebracht wird, welches letztendliche für die eigentliche Fortbewegung verantwortlich ist. Während beim Verbrennungsmotor das Drehmoment davon abhängig ist in welchem Drehzahlbereich der Motor sich befindet und welche Drehzahl der Turbolader gerade hat, steht das Drehmoment bei einem Elektromotor instant zur Verfügung. Diese Tatsache bringt zwar einige Vorteile mit sich, so kann z.B. der Fahrer eines E-Automobils in sehr kurzer Zeit beschleunigen, aber birgt auch Gefahren. Es gibt im Bereich E-Mobility einige Betriebszustände, die es beim Verbrennungsmotor nicht gibt oder gegeben hat.
Während beim Verbrennungsmotor das Drehmoment aufgebaut wird und zu Beginn klein ist und erst mit einer Fahrbewegung sich in Richtung Optimum verändert, steht es beim Elektromotor sofort zur Verfügung. Die Gefahr der plötzlichen Beschleunigung durch ein Lösen des Rades von der Bordsteinkante ist beim Elektromotor deutlich größer als beim Verbrennungsmotor. Die Messung von Drehmomenten und deren Notwendigkeit für effizientes und dynamisches Fortbewegen ist ein Aspekt der Sensorik für E-Mobility. Ein weiterer Aspekt dreht sich um die Fahrdynamik und dem Fahrtkomfort. Auch bei Fahrdynamischen
Anwendungen sind Kraft- und Drehmomentsensoren im Einsatz. So können z.B. Drehmomentsensoren in Wank Stabilisatoren die Lage des Fahrzeugs bestimmen und durch eine Regelung eingreifen, um den Fahrkomfort zu erhöhen.
E-Mobility wird auch immer wieder in Verbindung gebracht mit dem autonomen Fahren. Für das autonome Fahren steigt die Anzahl der eingesetzten Sensoren exponentiell. Der Trend bei Lenksystemen geht klar in die Richtung „Steered by Wire“ auch um das Auto vorzu bereiten für den Einsatz in autonomen Fahrzeugen. Bei Steered by Wire Lenksystemen ist die Lenksäule nicht mehr direkt mit der Lenkachse verbunden. D.h. in diesen Lenksystemen werden die vom Fahrer auf das Lenkrad übertragenen Signale elektronisch erfasst und aufgrund dieser Information der Lenkwinkel des Fahrzeug eingestellt. Eine weitere Anwendung ist die Echtzeit Achslastmessung bei LKWs. Eine neue Richtlinie fordert, dass in Zukunft jeder LKW durch einen Polizisten gewogen werden kann um eine Überladung des LKWs messen zu können. Diese on Board Wiegeeinrichtung kann durch Kraftsensoren auf den Achsen des LKWs umgesetzt werden. Über ein angeschlossenes Load-Management- System kann zudem der Ladungsschwerpunkt ermitteln werden, um bei Gefahr, einen Warnhinweis zu geben.
Lenkverhalten mit E-Torque Vectoring verbessern
Mit E-Torque-Vectoring-Systemen und den darin enthalten neuen Drehmomentsensoren, werden die Antriebsmomente gezielt auf die einzelnen Räder übertragen, um das Fahrzeug aktiv zu lenken. Dies geschieht über die Korrektur des Gierwinkels um die vertikale Achse. Der Fahrer erhält ein verbessertes und natürlicheres Fahrgefühl. Ein Unter- oder Übersteuern des Fahrzeuges wird so aktiv verhindert. Speziell bei Elektrofahrzeugen die keine Kardanwelle besitzen können so von mehreren Elektromotoren das Antriebsmoment gesteuert werden. Die Spielwiese für Sensoren in E-Mobility Anwendung ist sehr groß. Neue Anwendungen und Anforderungen sind Treiber für Innovationen in diesem Bereich. Die magnetisch induktive Kraft- Drehmomentsensorik von Magnetic Sense ist dediziert, um diesen neuen Anforderungen eine Lösung zu bieten.