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Sicherheit

Elektronisches Stabilisierungsprogramm (ESP) ^®

"Wenns'd den Baum siehst, in den du rein fährst, hast untersteuern.

Wenns'd ihn nur hörst, hast übersteuern"

Walter Röhrl

Andere Sensoren signalisieren: 

• Wie hoch ist der momentane Bremsdruck? 

• Wie ist die Stellung des Lenkrades? 

• Wie groß ist die Querbeschleunigung? 

• Wie hoch ist das Tempo?

• Wie unterschiedlich sind die Raddrehzahlen?

Bei jedem instabilen Verhalten werden in Sekundenbruchteilen die notwendigen Befehle errechnet und der Wagen stabilisiert.

Drehraten- und Überrrollsensor

Der Drehratensensor misst die Drehbewegung des Fahrzeugs um seine Hochachse. Er besteht aus einem mikromechanischen Sensorelement und einem integrierten Schaltkreis zur Auswertung der Signale. Ein weiterer Drehratensensor der neuesten Generation misst zusätzlich die Bewegung um die Längsachse. So erkennt der Sensor auch, wenn sich das Fahrzeug zu überschlagen droht.

Aus den Daten dieser Sensoren ermittelt der Systemrechner Abweichungen zwischen "Soll" und "Ist" und steuert dann als elektronischer Schutzengel die notwendigen Bremseingriffe.

Beschleunigungssensor

Wie ein Leistungssportler orientiert sich das Elektronische Stabilitätsprogramm an der Ideallinie. In einem Auto mit ESP ^® vergleicht ein Computer permanent das tatsächliche Verhalten des Wagens mit vorgegebenen Sollwerten. Sobald das Auto von dieser Ideallinie abweicht, greift ESP ^® ein - und erstickt Schleuderbewegungen schon im Keim.

Auf zweierlei Weise wird der Wagen wieder auf richtigen Kurs gebracht. Zum einen durch genau dosierte Bremseingriffe an einem oder mehreren Rädern, d.h. jedes einzelne Rad kann durch ESP ^® individuell abgebremst werden (so als könnte man mit vier Füßen vier Bremspedale bedienen). Zum anderen wird, falls notwendig, automatisch die Motorleistung angepasst.

So korrigiert ESP ^® in Millisekunden bereits beginnende Schleuderbewegungen, die z.B. durch ein abruptes Ausweichmanöver verursacht werden könnten. ESP ^® stabilisiert den Wagen nicht nur auf trockener Straße, sondern auch bei Glätte, Nässe, Rollsplit und anderen widrigen Fahrbahnzuständen, die selbst dem besten Fahrer kaum eine Chance lassen, seinen Wagen in der Spur zu halten.

Das zentrale ESP-Steuergerät besteht aus zwei Rechnern mit einer Speicherkapazität von jeweils 56 kByte.

Zum Vergleich: ABS benötigt nur ein Viertel dieser Rechnerleistung. ESP ^® nutzt diese großen Rechnerkapazitäten, um unter anderem laufend die einzelnen System-Komponenten zu überprüfen. So wird beispielsweise der wichtige Sensor zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs nach jedem Messvorgang zusätzlich kontrolliert - im Rhythmus von 20 Millisekunden.

 Aber: Auch wenn man ESP ^® schon oft als technisches Wunder bezeichnet hat, die Naturgesetze kann es nicht überlisten. ESP ^® ist also kein Freibrief für's Rasen.

ESP ^® vereint die Funktionen anderer innovativer Fahrdynamiksysteme wie ABS, Bremsassistent und Antriebsschlupfregelung.

Zusammenfassung:

E S P = Elektronisches Stabilitätsprogramm

·         gehört zur Aktiven Sicherheit

·         besteht aus ABS + ASR + GMR (Giermomentregelung)

Giermoment   =   Drehen des Fahrzeugs um die Hochachse

·         ABS/ASR verhindern   Längsschlupf

·         GMR verhindert Querschlupf

Querschlupf bedeutet Verlust an Seitenführungskraft

Folge:   Ausbrechen des Fahrzeugs (besonders in Kurven)

Arbeitsweise:

• 2 Drucksensoren (Vordrucksensor) im THZ messen Bremsdruck

• Lenkradsensor erfasst Lenkeinschlagwinkel (wo möchte der Fahrer hin?)

• Radsensoren (ABS) messen Raddrehzahlen (vom Fahrer bestimmte Geschwindigkeit)

= Zielwunsch des Fahrers (  Sollkurs )

• Gierratensensor (Drehgeschwindigkeitssensor) erfasst Giermoment (Schleudern des Autos) - das Herz des ESP!

• Querbeschleunigungssensor misst Querbeschleunigung (Abdriften des Autos)

= Tatsächliche Bewegung ( Istkurs )

Zusätzlich ist das ESP^®-Steuergerät per CAN-Datenbus (Controller Area Network) mit Motor und Automatikgetriebe verbunden, sodass es jederzeit auch die aktuellen Daten über das Motordrehmoment, die Gaspedalstellung und die Getriebeübersetzung erhält. Über die gleiche Datenautobahn greift das Fahrsicherheitssystem in die elektronische Motor- oder Getriebesteuerung ein und sorgt beispielsweise beim Anfahren auf rutschigem Untergrund dafür, dass die Getriebeautomatik ins Winterprogramm umschaltet.

• Steuergerät vergleicht Sollkurs mit Istkurs - Übereinstimmung?

• Ja        -           keine Reaktion

• Nein     -           Eingriff

Während der Fahrt vergleicht der ESP^®-Computer das tatsächliche Fahrzeugverhalten ständig mit den programmierten Sollwerten. Weicht das Auto von der sicheren “Ideallinie” ab, greift das System blitzschnell nach einer speziell entwickelten Logik ein und bringt das Auto auf zweierlei Weise wieder auf den richtigen Kurs: durch genau dosierte Brems-Impulse an einem oder mehreren Rädern und/oder durch Verringerung des Motordrehmoments. Dabei korrigiert ESP^® sowohl Fahrfehler als auch Schleuderbewegungen, die durch Glätte, Nässe, Rollsplitt oder andere widrige Fahrbahnzustände verursacht werden, bei denen der Autofahrer normalerweise kaum noch eine Chance hat, seinen Wagen durch Lenk- oder Bremsmanöver in der Spur zu halten. Deshalb ist das System -- im Gegensatz zur Antriebsschlupfregelung -- jederzeit einsatzbereit: beim Bremsen, beim Beschleunigen oder beim gleichmäßigen Dahinrollen. 

Ein Diagramm zur Übersicht:

ESP-Generationen am Beispiel von Mercedes:

Erste Generation: Aufwändige Hydraulik sorgt für den Bremsdruck.

Das zentrale Steuergerät der ersten ESP^®-Generation arbeitete mit zwei Rechnern, deren Speicherkapazität jeweils 48 Kilobyte betrug. Das hydraulische System bestand aus einer Vorladeeinheit mit Pumpe, einem Ladekolben sowie einer zentralen Hydraulikeinheit. Die Vorladeeinheit war erforderlich, um unter allen Temperaturbedingungen einen zuverlässigen und schnellen Aufbau des Bremsdrucks sicherzustellen. Die Hydraulikeinheit sorgte für die individuelle Druckverteilung an die Räder.

Seit dem Serienstart im Frühjahr 1995 haben die Mercedes-Ingenieure das aktive Fahrsicherheitssystem konsequent weiterentwickelt und perfektioniert. Eine der ersten Maßnahmen war im Jahre 1996 die Steigerung der Rechnerkapazität von  zweimal 48 auf zweimal 56 Kilobyte -- in der neusten Generation, die Anfang 2000 in Serie ging, haben die beiden ESP^®-Mikroprozessoren eine Speicherkapazität von jeweils 120 Kilobyte und übernehmen auch die Steuerung des serienmäßigen Brems-Assistenten.

Zweite Generation: Brems-Assistent und ESP^® arbeiten zusammen .

Unter der Projektbezeichnung ESP^® 1.3  ging 1997 die zweite Generation des Fahrsicherheitsystems in Serie. Die Mercedes-Ingenieure setzen seitdem die Technik des Brems-Assistenten ein, um die notwendige Dynamik beim Aufbau des Bremsdrucks zu erreichen. Das machte die bisherige Vorladepumpe und die Ladekolbeneinheit überflüssig, was eine Gewichtseinsparung von mehr als 50 Prozent bedeutete.

Neu war außerdem eine Regellogik, die das Bremsen in Kurven noch sicherer machte: Anhand von Sensorinformationen erkennt ESP^® 1.3 eine Bremssituation in der Kurve und stabilisiert das Fahrzeug durch eine genau berechnete Bremskraftregelung an der Hinterachse. Um dem Übersteuern beim Bremsen in der Kurve entgegenzuwirken, reduziert der Mikrocomputer gezielt die Bremskraft am inneren Hinterrad.

Dritte Generation: Neue Feinabstimmung steigert den Komfort .

Die dritte ESP^®-Generation ging mit der neuen Mercedes-Benz C-Klasse im Mai 2000 in Serie. Projektbezeichnung: MK 20. Erneut hatten die Ingenieure das System weiterentwickelt und verschiedene Komponenten zusammengefasst. So bilden das elektronische Steuergerät und die Hydraulik jetzt eine Einheit, und in Zukunft werden bei diesem System auch Drehgeschwindigkeits- und Querbeschleunigungssensor in einem Gehäuse zusammengefasst.

Ihre Qualitäten stellt die dritte ESP^®-Generation vor allem durch ein schnelles, aber kaum spürbares Ansprechverhalten und eine besonders harmonische Feinabstimmung unter Beweis. Dazu trägt nicht nur eine neue Programmierung der ESP^®-Software bei, auch der Einsatz so genannter Schaltblenden an den vier Einlasskanälen der Hydraulikeinheit ermöglicht eine noch komfortablere Dosierung des Bremsdrucks. Überdies steuert die Elektronik den Bremskraftverstärker jetzt selektiv an -- in zwei Phasen -- und trägt somit ebenfalls zu dem “weichen”, komfortablen Ansprechverhalten des aktiven Sicherheitssystems bei. Konkret: Bei einer geringen Instabilität des Fahrzeugs genügt die Druckdynamik der Hydraulikeinheit, um entsprechend geringe und feinfühlige Brems-Impulse zu erzeugen. Nur bei größeren Schleuderbewegungen oder besonders schnellen Lenkbewegungen des Fahrers tritt der Bremskraftverstärker mit seiner größeren Druckdynamik in Aktion, um das Auto wieder auf sicheren Kurs zu bringen. Bei schneller Kurvenfahrt berücksichtigt die dritte ESP^®-Generation auch die Steifigkeit der Autoreifen in Querrichtung, was ebenfalls eine noch sensiblere Aktivierung des Systems ermöglicht.

Die Regelung der Drehgeschwindigkeit nutzen die Mercedes-Ingenieure jetzt auch, um die Sicherheit beim Bremsen auf Eis und Schnee oder auf Fahrbahnen mit einseitig vereister Oberfläche zu erhöhen. Dazu verarbeitet das Antiblockier-Brems-system die Informationen des ESP^®-Drehgeschwindigkeitssensors und steuert die Bremskräfte bei Kurvenfahrt an Vorder- und Hinterachse so, dass ein entgegengerichtetes Giermoment entsteht und das Fahrzeug stabilisiert wird. Dieses neuartige Stabilitäts-Bremssystem der Mercedes-Benz C-Klasse nennen die Ingenieure “ABS-plus”.

Vierte Generation: ESP^® ermöglicht hydraulischen Brems-Assistenten

Die nächste Generation des Electronic Stability Program ist bei Mercedes-Benz bereits in der Erprobung und wird schon bald in der A-Klasse Premiere feiern. Hier haben die Ingenieure das Zusammenspiel von ESP^® und Brems-Assistent nochmals verbessert und koppeln beide Funktionen vom Bremskraftverstärker ab. Für den Aufbau des Bremsdrucks sorgt stattdessen eine neue zweistufige Hochdruckpumpe in der ESP^®-Hydraulikeinheit, die sich einerseits für die Funktionen des elektronischen Stabilitätsprogramms präzise und komfortabel regeln lässt und die andererseits so leistungsstark ist, dass sie als Brems-Assistent fungiert und mit maximalem Druck von bis zu 200 bar blitzschnell eine Notbremsung vornehmen kann.

Die dafür notwendigen Signale liefern die Raddrehzahlfühler, der Bremslichtschalter sowie zwei Drucksensoren in der Hydraulikeinheit, die bereits für das Electronic Stability Program benötigt werden. Der Membranweg-Sensor und das Magnetventil im Bremskraftverstärker sind deshalb nicht mehr erforderlich. Mit anderen Worten: Ebenso wie ESP^® arbeitet künftig auch der Brems-Assistent auf hydraulischem Wege und nutzt dabei die vorhandene Infrastruktur das aktiven Fahrsicherheitssystems. Das ermöglicht eine weitere Gewichtsersparnis -- ein Aspekt, der nicht nur bei der Entwicklung kompakter Automobile wie der Mercedes-Benz A-Klasse von großer Bedeutung ist.

Aktive und passive Sicherheit: ESP^® leistet wichtigen Beitrag zur Unfallvermeidung

Fazit: Das Elektronische Stabilitätsprogramm ESP^® leistet einen  wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Fahrsicherheit. Das einzigartige System ist in der Lage, unfallträchtige Situationen zu entschärfen, indem es verspätete oder nicht angepasste Reaktionen des Autofahrers erkennt und seine Lenk- oder Bremsfehler gezielt korrigiert -- bis in den Grenzbereich, aber stets innerhalb der Gesetze der Fahrphysik. Mehr noch: Aufgrund von Sensorsignalen und Simulationen erkennt die Elektronik Gefahrenmomente, bevor der Fahrer überhaupt reagieren kann. Deshalb kann ESP^® im Ernstfall extrem schnell eingreifen -- viel schneller als der routinierteste Fahrer. ESP gehört serienmäßig in jedes Fahrzeug.

Ca. 20% aller Unfälle mit schweren Personenschäden sind Schleuderunfälle. Häufig steht nach einem Schleudervorgang ein Auto quer auf der anderen Fahrbahnseite und wird anschließend von einem entgegenkommenden Fahrzeug seitlich erfasst. Dies führt dann erst zu den dramatischen Unfallergebnissen. 

Mercedes meldet: Durch ESP 20.000 schwere Unfälle weniger

Seit das ESP serienmäßig in Personenwagen von Mercedes zum Einsatz kommt, konnte ein deutlicher Rückgang der so genannten Fahrunfälle festgestellt werden, bei denen die Autofahrer die Kontrolle über ihr Fahrzeug verlieren, schleudern und von der Fahrbahn abkommen. 

In den fünf Jahren des ESP-Serieneinsatzes ist laut Mercedes der Anteil der Fahrunfälle an den Unfalltypen neu zugelassener Mercedes-Modelle um mehr als 42 Prozent zurückgegangen.

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Die Unfallforschung der Versicherer (UDV) empfiehlt Gebrauchtwagenkäufern, sich für ein Fahrzeug mit ESP zu entscheiden. Damit ausgestattete Wagen sind deutlich sicherer als Fahrzeuge ohne das Sicherheitssystem. Außerdem hätten sie im Schnitt einen höheren Wiederverkaufswert. Die Entscheidung für das Assistenzsystem fällt jedoch in den verschiedenen Fahrzeugklassen unterschiedlich schwer. Vor allem Käufer von Kleinwagen müssen länger nach dem passenden Angebot suchen, da in diesem Segment nur wenige Typen serienmäßig mit ESP ausgestattet sind.

Viele Informationen und Bilder habe ich von Bosch, Volkswagen und Mercedes Benz erhalten. Dafür meinen Dank.