Droht ein Fahrzeug in der Kurve auszubrechen, greift ein spezielles Assistenzsystem ein. Die sogenannte Fahrdynamikregelung (Electronic Stability Control, ESC) sorgt bei Schleudergefahr dafür, dass einzelne Räder gezielt abgebremst werden, um das Auto wieder auf Spur zu bringen. Seit 2014 müssen alle neu zugelassenen Pkws und Lkws in der EU damit ausgestattet sein.

In seiner technologischen Umsetzung greift das System auf eine Reihe von Neigungs-, Winkel- und Geschwindigkeitssensoren zurück, die Daten an den Bordcomputer schicken. Besteht laut den Berechnungen hier die Notwendigkeit eines Eingreifens, wird ein entsprechendes Signal an die Bremsen verschickt.

Verbesserte Genauigkeit

Die Sensoren, die etwa die Drehung des Lenkrads und der Räder vermessen, greifen auf ein magnetisches Prinzip zurück. An der Fahrzeugachse steckt etwa ein magnetisches Zahnrad, das sich an einem fix positionierten Magnetfeldsensor vorbeidreht. Jeder Zahn des Zahnrades erzeugt einen Ausschlag im Sensor und lässt auf die Geschwindigkeit des Rades rückschließen. Das magnetische Prinzip hat den Vorteil, dass es auch bei Verschmutzung gut funktioniert.

Im Rahmen eines Projekts der Donau-Universität Krems gemeinsam mit der Uni Wien und Wirtschaftspartner Infineon konnten Forscher eine Weiterentwicklung dieser Art der Sensorik vorlegen, die die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Magnetfeldsensoren verbessert. Diese neue, laut Projektnamen "Unkonventionelle Spin-Topologie für Magnetfeldsensoren im Auto" war heuer für den von der B&C Privatstiftung vergebenen Houskapreis nominiert.

Runde Magnete

"Die bisherigen Sensoren waren integrierte magnetische Elemente in elliptischer Form. Ähnlich wie bei Stabmagneten liegt die Magnetisierung entlang der langen Achse", erklärt Hubert Brückl, der das Department für Integrierte Sensorsysteme und das Zentrum für Mikro- und Nanosensorik an der Donau-Universität Krems leitet. Diese Bauform bedingte ein gewisses Maß an Phasenrauschen – der Zeitpunkt der Messung des sich vorbeidrehenden Zahnradzahnes variiert geringfügig.

"Wir hatten die Idee, einen vollkommen anderen magnetischen Zustand für die Sensorik zu nutzen", sagt Brückl. "Unsere Vortex-Struktur nutzt Magnete mit einer zirkularen Struktur." Die Magnetisierung der kreisrunden Elemente verläuft in einer Ebene und bildet im Zentrum eine sogenannte Singularität, in der sich das Magnetfeld wenige Nanometer "herausdreht", also eine Erhebung in der dritten Dimension bildet. Die Singularität bewegt sich, wenn Magnete vorbeibewegt werden, was in der Sensorik-Anordnung ausgelesen werden kann. "Wir haben einige Jahre mit dem Prinzip experimentiert. Das Ergebnis war deutlich besser als bei der elliptischen Form, das Phasenrauschen ist weg", sagt Brückl.

Die Forscher denken nun darüber nach, wo die exakte Magnetmessung weiters Anwendung finden könnte. Beispielsweise kommt sie für neuartige Datenspeicher infrage. Oder für Elektroautos, wo es von Vorteil ist, wenn mit ein und demselben Sensor sowohl kleinste als auch sehr große Ströme gemessen werden können. (pum, 13.7.2019)