Bewegte Sinne

Das Auto fühlt mit. "Drehratensensoren nehmen die Drehbewegung des Fahrzeugs auf und vergleichen sie mit der Lenkradstellung, also mit dem Willen des Fahrers", sagt Peter Pokrowsky, Professor für Mikrosystemtechnik an der Fachhochschule Kaiserslautern. Dreht sich der Wagen stärker, als zu erwarten wäre, schlägt die Elektronik binnen Millisekunden Alarm: Elchtest-Situation, Kippgefahr! "Dann werden einzelne Räder kontrolliert abgebremst. Schlagartig beginnt ein ganzer Haufen von Sensoren zu arbeiten: Sie messen den Lenkradeinschlag, die Umdrehung der Räder, den Bremsdruck, Lage und Neigung des Wagens." Das elektronische Stabilitätsprogramm ESP, eine Gemeinschaftsentwicklung von DaimlerChrysler und Bosch, bei Neuwagen längst Standard, hat einst die Blamage der A-Klasse ausgebügelt: Die Kiste kippte nicht mehr. Der Schlüssel dazu waren Sensoren, die dem Wagen Spürsinn und Feinfühligkeit verliehen.

Mehr als einhundert verschiedene Anwendungen finden Sensoren im Auto. In einen neuen Mercedes verbaut DaimlerChrysler zwischen 50 und 150 Stück davon. Grundsätzlich benötigen alle elektronischen Systeme an Bord einen oder mehrere Sensoren. "Fast jede Funktion, die im Auto notwendig ist, wird auch von Sensoren kontrolliert", sagt Peter Pokrowsky. Der Wert der Elektronik im Auto lag im Jahr 2000 für Mittelklassefahrzeuge bei mehr als zwanzig Prozent des Gesamtpreises. Ohne Input aber taugt die beste Bordelektronik nichts. Vergangenes Jahr wurde jeder vierte Sensor weltweit in ein Auto eingebaut. Vorsichtige Schätzungen sprechen von mehr als acht Milliarden US-Dollar Marktvolumen, 2005 sollen es rund neun Milliarden sein.

Das grosse Interesse der Autobauer an elektronischen Fühlern hängt mit den Schwächen von Fahrzeugen zusammen, die ursprünglich rein mechanisch konzipiert waren. Beispiel Motoren: Eine der ersten Aufgaben für Autosensoren bestand darin zu messen, wie viel Frischluft der Motor ansaugt. Nur so konnte die optimale Menge Kraftstoff beigemischt werden. War zu viel Benzin im Gemisch, verbrannte es unvollständig: eine Verschwendung, die der Umwelt schadet.

Je feiner die Abläufe im Motorinneren gesteuert werden sollten, desto mehr Messwerte brauchte die Technik. "Abgaswerte waren die treibende Kraft für Verbesserungen der Motorelektronik, angefangen beim geregelten Katalysator und der Lambdasonde", so Pokrowsky. Heute sitzen zwischen Ansaugrohr und Auspuff am so genannten "Drivetrain" (Antriebsstrang) moderner Fahrzeuge mehr als ein Dutzend unterschiedlicher Sensortypen. Sie messen den Benzinstand im Tank, die Menge der angesaugten Frischluft, den Verdichtungsdruck im Krümmer, die Positionen von Kurbel- und Nockenwelle, die Temperatur im Motorraum, Klopfgeräusche im Motor - ein Alarmsignal für schlechte Verbrennung –, den Luftrückfluss sowie, mittels Lambdasonde, den Stickoxid- und Sauerstoffgehalt im Abgas. Siemens VDO hat einen Sensor angekündigt, der, eingebaut in die Glühkerze des Dieselmotors, den Druckverlauf direkt im Zylinder messen soll.

Automobil-Ingenieure unterscheiden drei funktionelle Sphären im Wagen. Außer dem Drivetrain gibt es noch die Bereiche Sicherheit und Komfort. Auch hier streben sie nach möglichst vielen Messwerten. Dabei setzt sich die Sensortechnik immer zuerst bei den teureren Automodellen durch, dann bei den preiswerteren. So wanderte etwa der Radarsensor für die automatische Abstands- und Geschwindigkeitsregelung Adaptive Cruise Control, der schon länger in Oberklasse-Wagen wie dem 7er BMW eingebaut ist, vertikal durch die Preislisten. Mittlerweile findet er sich auch im Fiat Stilo. Es gilt die Faustregel: Je billiger der Sensor, desto mehr Fahrzeugtypen werden damit ausgestattet.

Die Verbreitung hängt von den Stückpreisen ab. Eine typische Sensorvariante fürs Auto startet bei einer Produktionszahl von 100.000 im Jahr und kann leicht auf einige Millionen steigen. Herkömmliche Sensorbaugruppen werden im Auto zusehends von mikromechanischen Modulen auf Siliziumbasis verdrängt. Deutschland deckt 44 Prozent des Weltmarkts für Mikrofühler ab und ist damit führend in dieser Technologie. Im Jahr 2003 wurden weltweit drei Viertel aller mikromechanischen Sensoren in Autos verbaut, hierzulande gar 88 Prozent.

Im fahrenden Auto müssen die winzigen Bauteile außer Temperaturen zwischen minus vierzig und hundertfünfundzwanzig Grad Celsius auch Schmutz, Nässe, Chemikalien und starke Vibrations- oder Schock-Beschleunigungen aushalten. "Silizium ist da ein fantastischer Werkstoff", schwärmt Mikromechanik-Experte Pokrowsky. "Die Mikrostrukturen sind haltbarer als Stahl, bei viel geringerem Gewicht. Die Sensoren leben normalerweise länger als das Auto." Wolfgang Hofmann vom Halbleiter-Hersteller Motorola nennt die Automobilelektronik einen "Innovations- und Investitionsmotor" für Mikrosystem-Sensoren.

Gerade arbeiten die Sensorbauer daran, Autos mit einem weiteren Sinnesorgan auszustatten. Die Kiste soll nicht nur fühlen und riechen, sondern auch sehen: Der amerikanische Zulieferer Raytheon Systems bietet bereits Nachtsichtsysteme mit Infrarot-Sensoren an. In der Sicherheitstechnik gelten Videosensoren für den Fahrzeug-Innenraum als viel versprechend. Zudem wollen mehrere deutsche Hersteller ihren Autos mit Hilfe von Ultraschall- und Radarsensoren eine Rundumsicht verleihen.

BMW verfügt schon über ein Testfahrzeug, das im Vorbeifahren Parklücken erkennt und auf Wunsch automatisch einparkt, alles mittels Sensor-Augen. Peter Pokrowsky denkt über das sehende Auto nach, das automatisch die Fahrspur hält: "Dann gäbe es eine echte Wechselwirkung zwischen Auto und Straße. Der Vorläufer, nämlich das Abstandsradar, existiert ja schon." Und Honda bietet in Japan seit letztem Jahr das Modell "Inspire" mit eingebautem "Collision Mitigation Brake System" an, bei dem ein Radarsensor nicht nur die Annäherungsgeschwindigkeit relativ zum vorausfahrenden Wagen ermittelt - die Elektronik bremst übermütige Fahrer auch automatisch ab. Je feinfühliger und hellsichtiger die Kiste ist, desto weniger kippt und kracht es. (sma)