Mehrfach redundante Sensoren

Sichere Lenkung für Behinderte

Contelec: Magnetische Drehgeber erobern sich stetig neue Märkte und lassen sich dank ihrer Flexibilität und Modularität auch in Nischenbereichen wirtschaftlich einsetzen. So beispielsweise bei der behindertengerechten Fahrzeugumrüstung bei gleichzeitiger Steigerung der Sicherheit.

Ob im Bereich der Automatisierung oder bei industriellen Anwendungen: Die an Winkelsensoren gestellten Anforderungen werden zunehmend anspruchsvoller.

Aspekte wie Modularität, hohe Auflösung, Genauigkeit und Linearität, Immunität gegenüber äusseren Einflüssen sowie die Einbindung unterschiedlichster Schnittstellen sind nur einige der Features, die moderne, auf dem magnetischen Messprinzip basierende Drehgeber erfüllen müssen. In ihrer Kombination führen sie dazu, dass sich Gesamtlösungen realisieren lassen, deren Umsetzung bisher einen wesentlich grösseren Aufwand verursachte. Eindrucksvoll illustrieren lässt sich dies anhand einer neu entwickelten Fahrzeugsteuerung, die behinderten Menschen eine sichere Fahrzeuglenkung ermöglicht.

Per Joystick «on the road»

Vielen behinderten Menschen ist es verwehrt, ein Fahrzeug mit herkömmlichen Mitteln zu steuern. Steht beispielsweise für die Bedienung des Lenkrads nur eine Hand zur Verfügung, wird die Fahrzeugsteuerung problematisch. Um Abhilfe zu schaffen, bestücken Anbieter behindertengerechter Fahrzeuge die Lenkräder mit einem Drehknopf. Dieser ermöglicht mehrfache Lenkradumdrehungen, ohne dass nachgefasst werden muss. Dennoch: Zahlreiche Menschen sind aufgrund ihrer Behinderung nicht in der Lage, ein noch so behindertengerecht konzipiertes Lenkrad zu bedienen. Sei es, weil ihre Bewegungsfähigkeit stark eingeschränkt ist, sei es infolge der fehlenden, dazu notwendigen Kraft. Vergleichbar präsentiert sich die Situation auch hinsichtlich der Bedienung der Pedale. So ist es zahlreichen Menschen nicht möglich, das Gas- und Bremspedal mit der dafür notwendigen Kraft zu bedienen. Um behinderten Menschen trotzdem eine weitgehende Unabhängigkeit und Mobilität zu garantieren, bedarf es folglich spezieller Hilfsmittel. Eine entsprechend innovative Lösung hat ein deutsches, auf dem Gebiet der behindertengerechten Fahrzeugumrüstung führendes Unternehmen entwickelt. Dabei hat es sowohl die Lenkung als auch die Bedienung von Gas und Bremse mittels einer elektromechanischen Steuerung realisiert. Diese ermöglicht mit Hilfe eines kleinen, einfach zu bedienenden Joysticks die komfortable und kraftlose Fahrzeuglenkung sowie die Beschleunigung und das Abbremsen des Personenwagens.

Präzise und hoch sichere Steuerung

Typischerweise erfolgt die Fahrzeuglenkung durch eine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Achse. Dies muss auch bei behindertengerechten Fahrzeugen so sein, damit sie sich ohne tiefgreifende Umbauten «normal» fahren lassen. Die nun entwickelte Lösung trägt dieser Tatsache Rechnung.

Demnach erfolgt die Ansteuerung der Drehbewegung über eine dedizierte Elektronik, die auf einem anwendungsspezifischen, von Contelec entwickelten Winkelsensor basiert. Dieser überwacht die jeweilige Auslenkung des steuernden Joysticks in hoher Präzision und kommuniziert die Daten in Echtzeit an die Prozessoreinheit.

Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass nicht nur die Grundfunktion selbst, sondern auch die hoch sichere Architektur wegweisend ist. Um den strengen Sicherheitsanforderungen beziehungsweise den einschlägigen Bestimmungen zu genügen, müssen elektronische Lenkungen dreifach redundant ausgeführt sein. Folglich ist es zwingend, dass die Aussteuerung des Joysticks von drei voneinander unabhängigen Sensoren erfasst wird. Fällt einer aus, wird ein Fehlersignal erzeugt, das den Fahrzeuglenker auffordert, eine Servicestelle aufzusuchen. Allerdings bleibt die Weiterfahrt beim Ausfall eines Sensors möglich. Quittieren jedoch zwei Sensoren ihren Dienst, kann die notwendige Sicherheit nicht mehr gewährleistet werden, weshalb die Weiterfahrt durch die elektromechanische Steuerung verhindert wird.

Nebst der Fahrzeuglenkung erlaubt die Steuereinheit ebenfalls via Joystick die komfortable Bedienung von Gas und Bremse. Hierbei sind die Sensoren einfach redundant ausgeführt, was den einschlägigen Sicherheitsbestimmungen entspricht.

Geschaffen für ein langes Leben

Ein wesentlicher Faktor bei der Entwicklung der wegweisenden Steuerlösung war die Voraussetzung, dass sowohl die redundanten als auch die dreifach ausgeführten Drehgeber ein absolut übereinstimmendes Signal ausgeben. Bei den bisher eingesetzten Mehrfachpotenziometern (Draht) war dies nur mit einem enorm hohen mechanischen Aufwand realisierbar. Zudem mussten die Sensoren aufgrund des mechanischen Abriebs in (zu) kurzen Zeitabständen ausgewechselt werden.

Dank den nun eingesetzten kontaktlosen magnetischen Sensoren werden beide Probleme gleichzeitig gelöst. So wirkt zum einen das Magnetfeld des Gebers auf sämtliche Sensorelemente. Diese ihrerseits sind so dicht beieinander angeordnet, dass sie absolut identische Signale erzeugen. Zum andern gewähren die Drehgeber aufgrund ihrer kontaktlosen Ausführung eine lange Lebensdauer, die mit ihren spezifizierten 360 Millionen Bewegungszyklen weit über die eines Kraftfahrzeugs hinausgeht. Als Folge davon ist die regelmässige Erneuerung der Überwachungselektronik beziehungsweise der Sensoren nicht mehr notwendig.

Weiter Einsatzbereich denkbar

Die eingesetzten Contelec-Sensoren mit der Bezeichnung Vert-X 2719 weisen sowohl in der redundanten als auch in der dreifachen Ausführung einen Gehäusedurchmesser von 27 mm sowie eine Länge von 26 mm auf. Die Versorgung erfolgt mittels 5 VDC (Stromaufnahme 10 mA) und die Betriebstemperatur ist mit –30 bis +70°C spezifiziert. Die im massiven Inox-Gehäuse gefertigten Sensoren lassen sich mit unterschiedlichen Schnittstellen versehen. Zudem bieten sie grosse Freiheiten hinsichtlich Ausgangskennlinien und verfügbarer Schaltsignale. Aufgrund ihrer beeindruckenden Flexibilität sowie der hohen Robustheit eignen sie sich für zahlreiche weitere anspruchsvolle Anwendungen wie etwa Schiffssteuerungen, Automobiltechnik und Flurförderfahrzeuge.