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Gierratensensor - Funktionsweise

Autor: Jörg Schmidt
Um ein Fahrzeug sicherer zu machen, bedarf es der Berücksichtigung vieler Kräfte.
Um ein Fahrzeug sicherer zu machen, bedarf es der Berücksichtigung vieler Kräfte.
Die Verringerung von Verkehrsunfällen wird vielfach mit der Einführung des Elektronischen Stabilitätsprogramm ESP in Verbindung gebracht. Ein wichtiges Bauteil ist hierbei der sogenannte Gierratensensor. Als Gier wird ein Drehen um die eigene vertikale Achse bezeichnet, das unter anderem bei Fortbewegungsmitteln zu Land, Luft und Wasser für ungewollte Kursänderungen sorgt.

Funktionsweise und Einsatzgebiete des Gierratensensors bzw. der Drehratensensoren

Drehratensensoren - dazu gehören auch Gierratensensoren - messen die Winkelgeschwindigkeit um die drei Raumachsen Gier (Drehung um Hochachse), Nick (Drehung um Querachse) und Roll (Drehung um Längsachse).

  • Das Einsatzgebiet von Drehratensensoren ist sehr vielfältig. So dienen sie beispielsweise bei GPS-Navigationsgeräten der Überbrückung von Streckenabschnitten ohne Satellitenkontakt und in Digitalkameras unterstützen sie die Bildstabilisierung.
  • Es gibt verschiedene Bauarten von Gierratensensoren. Häufig bestehen diese aus einem Hohlzylinder, auf dem mehrere Piezoelemente (Piezo = Erzeugung einer elektrischen Spannung bei Einwirkung einer mechanischen Kraft) angebracht sind. Einige dieser Elemente versetzen den Hohlzylinder in eine Resonanzschwingung und die anderen registrieren jegliche Veränderungen an den Schwingungsknoten. Sobald sich ein Schwingungsknoten verschiebt - also ein Drehmoment an den Piezoelementen erfasst wird -, erfolgt die Meldung ans System, welches wiederum die Gierrate errechnet und Gegenmaßnahmen ergreift.
  • Weitere, aber sehr kostspielige Bauarten basieren auf Faserkreisel oder Laserkreisel. Diese werden speziell in Flugzeugen und Raketen eingesetzt, wo man besonders exakte Drehratensensoren für die Navigation benötigt.
  • Preiswertere mikromechanische Drehratensensoren kommen in Smartphones oder Spielkonsolen zur Anwendung und steuern Spiele oder Navigationsanwendungen. 

Einsatz des Gierratensensors in Kraftfahrzeugen 

  • Die Aufgabe des Gierratensensors liegt beim Kraftfahrzeug darin, eine jegliche Neigung des Fahrzeugs zum Ausbrechen bzw. Schleudern sofort dem Elektronischen Stabilitätsprogramm zu melden. Um das Drehmoment um die Hochachse zu erfassen, ist der Gierratensensor nahe am Fahrzeugschwerpunkt eingebaut.

  • Das Elektronische Stabilitätsprogramm überprüft mit seinen Drehratensensoren und speziell dem Gierratensensor laufend die vom Fahrzeugführer eingeschlagene Lenkrichtung und die tatsächliche Fahrtrichtung. Sobald es hierbei zu Differenzen kommt, greift das ESP automatisch ein und verhindert ein Schleudern schon in der Anfangsphase. Bei einer zu engen Kurve (Übersteuern) bremst das ESP das äußere Vorderrad. Bei einer zu weit ausladenden Kurve (Untersteuern) wird das innere Hinterrad abgebremst.

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