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Integrierte Sensorverbesserung und Geräuschunterdrückung

Neue Funktionen durch aufgewertete Sensoren

 

 

Aufwertung von Sensoren (Empowering Sensors)

Sensortechnologien und -applikationen haben eine lange und erfolgreiche Tradition bei Continental Automotive. Zuverlässige, leistungsfähige, robuste und wirtschaftliche Sensorlösungen bilden die Basis for viele sicherheitsrelevante Funktionen im Auto. Seit Jahrzehnten entwickelt und industrialisiert Continental Automotive Sensoren für fortschrittliche Sicherheits- und Bewegungsanwendungen.       

Werden nun Signale von existierenden Sensoren für zusätzliche Anwendungen verwendet, stellt dies eine Erweiterung des Funktionsumfangs dar. Wir bezeichnen dies als "Empowering Sensors". Dieser Vorgang kann auf unterschiedliche Weise umgesetzt werden. In manchen Fällen geht es darum, eine Sensorzelle einzusetzen und sie für die spezifischen Anforderungen einer neuen Automobilanwendung zu industrialisieren. Ein zentraler Bestandteil ist es, die Leistung, Produktionskosten und allgemeinen Kosten auszubalancieren und gleichzeitig höchste Qualität und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.  

Eine weitere Möglichkeit, einen Sensor aufzuwerten, besteht darin, seine Qualität zu verbessern, beispielsweise durch das Hinzufügen einer intelligenten Software. Für beide Senosr-verstärkenden-Strategien gibt es weitere attraktive neue Beispiele beim Weiterlesen!  

Kurzgesagt:    Sensoren für neue Anwendungen fit zu machen und deren Leistungsfähigkeit zu verbessern, ist eine der langjährigen Stärken von Continental Automotive.  

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Integrierte Sensorverbesserung -ISE

Die Realität zeigt, dass jeder Sensor seine Grenzen hat. Im Idealfall liefert das Silizium genau die Messwerte, die dem Verhalten der Messgröße entsprechen. In der realen Welt bedingen Physik sowie Kostenüberlegungen fast immer einen Kompromiss.  

Für viele Anwendungen wird ein Sensor gewählt, welcher die Präzision liefert, die für die Aufgabe erforderlich ist - die elektronische Stabilitätskontrolle (ESC) ist hierfür ein perfektes Beispiel. Der MEMS-Inertialsensor in der Airbag Control Unit (ACU) liefert die Signalkombination, um das Fahrzeug stabil zu halten. Es handelt sich um eine etablierte, gut funktionierende und zuverlässige Lösung.  

Was passiert aber, wenn die Signale des Sensorclusters für eine Lösung perfekt sind, aber nicht für eine andere, die eine höhere Präzision erfordert?  

Hierfür gibt es einige Anwendungsfälle:  

  • Hochautomatisiertes Fahren (HAD) erfordert sehr genaue Sensorwerte, um beispielsweise das Minimum-Risk-Manöver sicher durchführen zu können.  
  • Die Positionierung des Fahrzeugs in der Fahrspur  erfordert Präzision als Grundlage für die Definition der Trajektorie.  
  • Auch sichere und komfortable Fahrerassistenzsysteme wie die Leuchtweitenregulierung  (engl. Headlight Levelling HLL) profitieren von besseren Signalen.     

Bedeutet das, dass wir auf eine teurere Sensortechnologie umsteigen? Nein - es gibt einen intelligenteren Weg!    

Kurzgesagt: Während jede Sensortechnologie ihre Grenzen hat, zeigt ISE Wege auf, diese zu überwinden.  

Algorithmen stärken den Sensor-Cluster

Continental Automotive entwickelt eine Reihe von Algorithmen, die die ACU-Sensorsignale angleichen, indem sie diese mit Längs- und Quermodellen vergleichen. Aufgrund der erweiterten Filterung und Korrelation mit weiteren Signalquellen stellt die Integrierte Sensorverbesserung (Integrated Sensor Enhancement ISE) einen zweiten Signalausgang mit einem angepassten Combo-Signal zur Verfügung. Die Genauigkeit dieses Signals ist um eine Größenordnung besser als das ungefilterte Signal, welches beispielsweise für ESC verwendet wird:  
  
Während der ISE-Funktionvalidierung in einem Fahrzeug wird so der Worst-Case-Sensor-Offset von 1 m/s2 für die Beschleunigung und 3°/s für die Winkelraten auf beeindruckende <0,05 m/s2 für die Z-Beschleunigung und <0,05°/s für die Drehrate reduziert. Die X- und Y-Beschleunigung wurde auf 0,1 m/s2 reduziert.  

Diese Präzision wird innerhalb der ersten 20 Minuten des Fahrzeugbetriebs erreicht, denn ISE ist ein lernendes System: Sie passt sich dem tatsächlichen Offset des einzelnen Sensorclusters an und kompensiert diesen durch Filterung. Das System überwacht sich selbst und erkennt seinen Lernstand.    

Durch das Hinzufügen intelligenter Algorithmen zu einem bestehenden und bewährten MEMS-Sensorcluster erhält eine neue Funktion wie die Leuchtweitenregulierung (HLL) das benötigte Signal.  

Kurzgesagt:  Sensorcluster und ISE-Software sind ein erfolgreiches Team!

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Besonderheiten von ISE

    • Die ISE-Algorithmen passen das Signal des ACU-Sensorclusters an, um den Sensor Offset zu kompensieren.  
    • Die angepassten ISE-Signale für 3D-Rotationsraten und Beschleunigungen sind im Vergleich zu den ursprünglichen MEMS-Signalen um eine Größenordnung präziser.  
    • Während der ersten Minuten des Fahrzeugbetriebs lernen die ISE-Algorithmen die einzelnen Sensor-Offsets und passen das Signal des einzelnen Sensors an.  
    • Kommende Anforderungen wie die UN-R 48, die eine automatische Leuchtweitenregulierung für alle Fahrzeuge fordert, benötigen das Präzisionslevel von ISE. Die Lösung besteht darin, den Sensor durch Software aufzuwerten.  

    Geräuschunterdrückung (Road Noise Cancellation RNC)

    Ein geringer Geräuschpegel im Fahrzeuginnenraum macht das Fahren deutlich komfortabler. Traditionell wird dies durch eine Schalldämmung gegen Lärm von außen erreicht. Das Fahrgeräusch ist allerdings nach wie vor ein Thema. Resonanzgeräusche, die zwischen Reifen und Fahrbahn entstehen und Vibrationen, die durch Risse oder Schlaglöcher hervorgerufen werden, bleiben hörbar. Das wirkt sich wiederum auf den Komfort im Innenraum aus. Bei einem Elektroauto umso mehr: Da weniger Geräusche im Antriebsstrang andere Geräusche überdecken, können straßenbedingte Vibrationen deutlich hörbarer und damit störender wirken.

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    Eine sehr effiziente Gegenstrategie gegen Fahrgeräusche ist die aktive Geräuschunterdrückung, eine Funktion, die beispielsweise bei Kopfhörern sehr beliebt ist. Die Geräuschunterdrückung dämpft Umgebungsgeräusche, indem sie invertierte Schallwellen aussendet: Wenn beide Wellen aufeinandertreffen, neutralisieren sie sich gegenseitig. Es erfordert leistungsstarke Berechnungen, um eine invertierte Schallwelle, die schnell genug ist, um das Rauschen zu unterdrücken, zu berechnen und zu erzeugen. Das Signal für die Geräuschunterdrückung kommt von den Beschleunigungssensoren. Continental Automotive bereitet derzeit einen Sensor mit spezifischen Parametern für exakt diese immer beliebter werdende Anwedung vor.    

    Kurzgesagt:  RNC ist effizienter als nur Schalldämmung. Damit das funktioniert, muss der Sensor, der durch die Straßen verursachten Vibrationen aufnimmt, sorgfältig ausgewählt werden.  

    Leistung und Wirtschaftlichkeit in einem g-Sensor vereint

    Ursprünglich war RNC eine Technologie, die hauptsächlich in Luxusautos zu finden war. Mittlerweile ist die Funktion aber zunehmend auch in den anderen Segmenten verfügbar. Diese Art der Übertragung erfordert ein genaues Abwägen zwischen Sensoreigenschaften und Kosten.    
      
    Continental Automotive verbindet sein umfangreiches g-Sensor-Know-how mit der aktiven Geräuschunterdrückung. Dieses Know-how stammt aus der Industrialisierung und Massenproduktion von Crashsensor-Satelliten auf sehr effizienten Produktionslinien.    


    Für die aktive Fahrgeräuschunterdrückung muss das Beschleunigungssignal des Sensors eine sehr geringe Latenz aufweisen, damit die Steuerung genügend Zeit für die Berechnung und Erzeugung der invertierten Schallwelle hat. Der für diese Funktion ausgewählte 3-Achsen-Low-g-Sensor hat einen Bereich von  ± 16 g und eine hohe Empfindlichkeit von <2 mg/LSB. Das Signal wird über eine Hochgeschwindigkeitskommunikation mit einer eigenen Leitung übertragen.  
      
    Der serienreife RNC von Continental Automotive kombiniert die geforderten technischen Parameter mit der Wirtschaftlichkeit der Massenproduktion auf effizienten Produktionslinien. Der robuste Satellitensensor (Zelle, Gehäuse, Pins) ist für die Montage am Fahrwerk im Radbereich ausgelegt.    

    Kurzgesagt:  Continental Automotive bereitet einen sorgfältig ausgewählten Beschleunigungssensor für die neue Funktion der aktiven Fahrgeräuschunterdrückung vor.  

    Besonderheiten von RNC

    • Der neue Breitband-RNC g-Sensor hat eine geringe Latenz von <150 µs.  
    • Es handelt sich um einen rauscharmen 3-Achsen-Low-g-Sensor mit hoher Auflösung, der eine Beschleunigung von  ± 16 g misst.
    • Der Satellit enthält die Sensoreinheit und den Low-Latency-Transceiver für Strom und Daten (Up- und Downstream).
    • Eine Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsleitung ermöglicht die Gesamtleistung des RNC-Systems.  
    • Die aktive Geräuschunterdrückung im Straßenverkehr kann die Gewichtreduzierung des Fahrzeugs durch weniger Dämmmaterial unterstützen. Das kann zur Reichweite eines Elektroautos beitragen.
    • Robustes RNC-Sensordesign auf der Grundlage umfangreicher Anwendungs- und Massenproduktions-Know-hows.  
    • SOP ist für die zweite Jahreshälfte 2026 geplant.  
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