Mit
gezielten Bremseingriffen sorgt ESP dafür, dass Fahrfehler, die zum
Über- oder Untersteuern führen können, korrigiert werden. Quelle: Bosch
Der
Name sagt es schon:
ESP ® stabilisiert das Fahrzeug
Das ESP®
wurde gemeinsam von Bosch und Mercedes entwickelt. Sollte es in
Schleudergefahr geraten, greift das System blitzschnell ein. Etwa so,
als würde eine unsichtbare Hand von oben das Fahrzeug greifen und sicher
in der Spur halten.
Mehr
Tipps und Informationen zu ESP®, aber auch zu allen anderen Begriffen
rund ums Auto finden Interessierte im
Mercedes Forum.
Neben Fragen zur Kfz-Technik können auf
dieser Plattform unter Gleichgesinnten,
Amateuren und Fachleuten auch Informationen allgemeiner Art ausgetauscht
werden. Gerade bei den hochtechnisierten Fahrzeugen ist manchmal eine
Erklärung von einem begeisterten Laien besser zu verstehen als die
Insider-Sprache der Techniker.
Das
Anti-Blockier-System ABS in Kombination mit der Antriebsschlupfregelung
ASR hat sich bereits in vielen Fahrzeugen bewährt. Das elektronische
Stabilitätsprogramm ESP® verbessert die Fahrsicherheit um einen weiteren
Schritt. Während ABS und ASR in Fahrzeuglängsrichtung wirken,
beeinflusst ESP® die Querdynamik. Es handelt sich quasi um eine
Querschlupfregelung. Dabei gilt es, zwei kritischen Situationen zu
begegnen: dem
Übersteuern und dem Untersteuern.
Übersteuern
die Hinterräder verlieren den Kontakt zur Fahrbahn, und das Auto dreht
sich ganz geringfügig um seine Hochachse in die Kurve hinein.
Untersteuern
die Vorderräder verlieren den Kontakt zur Fahrbahn, und das Auto dreht
sich um seine Hochachse aus der Kurve heraus.
Übersteuern
= Heck bricht aus
Untersteuern
= Schieben über die Vorderräder nach außen
Übersteuern
Untersteuern
Angenommen,
Sie fahren zu schnell in eine Linkskurve, der Wagen übersteuert und das
Fahrzeug droht ins Schleudern zu kommen. Sofort greift ESP ®
ein, bremst gezielt das rechte Vorderrad ab, und schon ist der Wagen
wieder in der Spur.
Was
passiert, wenn der Wagen in der Linkskurve untersteuert und geradeaus zu
schlittern droht? Dann setzt ESP ® an der Hinterachse
an, bremst das linke Hinterrad ab und bringt den Wagen wieder auf den
richtigen Kurs.
ESP
bremst Vorderrad außen ab
ESP
bremst Hinterrad innen
Wirkung des ESP
"Wenns'd den Baum siehst, in
den du rein fährst, hast untersteuern.
Wenns'd ihn nur hörst, hast
übersteuern"
Walter Röhrl
Die Bremseingriffe erfolgen blitzschnell
und dauern nur Bruchteile von Sekunden. Das Gehirn, das
diese Eingriffe steuert, ist der Systemrechner. Dieser
bekommt Informationen darüber, ob und wie sich der Wagen um
seine Hochachse dreht, von einem Gierraten-Sensor (Gieren"
nennt man die Drehbewegung um die Hochachse). Wie ein
Kompass verfolgt er ständig die genaue Lage des Wagens und
registriert jeden Ansatz einer Drehung.
Andere
Sensoren signalisieren:
Wie hoch ist der momentane Bremsdruck? Druckmessung
mit universellen Druckschaltern von Sick. 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.
Aus den Daten dieser Sensoren ermittelt
der Systemrechner Abweichungen zwischen "Soll" und "Ist" und
steuert dann als elektronischer Schutzengel die notwendigen
Bremseingriffe.
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.
Drehraten-
und Überrollsensor
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
120 kByte (Generation 4).
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.
ESP ® benötigte einige Sensoren und
vereint die Funktionen anderer innovativer Fahrdynamiksysteme wie ABS,
Bremsassistent und Antriebsschlupfregelung.
Aber auch wenn man ESP ® schon oft als technisches Wunder
bezeichnet hat, die Naturgesetze kann auch es nicht überlisten. ESP ®
ist also kein Freibrief für das Rasen.
Zuammenfassung
E S P
= Elektronisches Stabilitätsprogramm ist eine
Fahrdynamikregelung
gehört zur Aktiven Sicherheit
besteht mindestens aus ABS + ASR + GMR (Giermomentregelung)
Giermoment=
Drehen des Fahrzeugs um die Hochachse
ABS/ASR verhindernLängsschlupf
GMR verhindert Querschlupf
Querschlupf bedeutet Verlust an Seitenführungskraft
Folge:Ausbrechen des Fahrzeugs (besonders in Kurven)
Arbeitsweise des ESP®
in Stichworten
2 Drucksensoren (Vordrucksensor) im
THZ messen Bremsdruck
Lenkradsensor erfasst
Lenkeinschlagwinkel (wo möchte der Fahrer hin?)
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.
Diagramm zur Arbeitsweise
des ESP
Das ESP Diagramm zeigt den Ablauf übersichtlich.
Video zum ESP (von BOSCH)
Fahrdynamikregelung (DSTC)
von Volvo
Die elektronische Fahrdynamikregelung DSTC (Dynamic Stability and Traction Control)
von Volvo registriert neben möglichen Differenzen zwischen
Fahrtrichtung und Lenkvorgabe auch die Seitenneigung der
Karosserie und ist dadurch in der Lage, in Grenzsituationen
durch frühzeitiges, präzises Eingreifen die Fahrstabilität
und Kontrollierbarkeit zu erhalten. Sensoren registrieren
permanent das Drehmoment jedes Rades sowie den Lenkwinkel,
die Fahrgeschwindigkeit, die Querbeschleunigung und die
Spurstabilität des Fahrzeugs. Als wichtigste Messgröße für
Fahrstabilität dient darüber hinaus die Gierrate.
Advanced Stability Control
Die Advanced Stability Control ist Teil der Fahrdynamikregelung DSTC. Das System beinhaltet einen Kreisel- und Beschleunigungssensor, wodurch jegliche Schleudertendenz frühzeitig erkannt wird. So kann das DSTC-System früher und mit größerer Präzision eingreifen. Für den Fahrer macht sich das in einer höheren Stabilität bei dynamischer Fahrweise bemerkbar, wenn das Fahrzeug höheren Seitenkräften ausgesetzt ist.
Corner Traction Control
Ein weiteres DSTC-Feature ist die Corner Traction Control. Sie ermöglicht noch harmonischere Kurvenfahrten durch eine elektronische Steuerung des Antriebsdrehmoments. Dabei wird in Kurven das innere Antriebsrad abgebremst, während das kurvenäußere mehr Antriebskraft erhält. Auf diese Weise lassen sich Kurven enger fahren, und die Tendenz zum Untersteuern wird reduziert. Die Corner Traction Control ermöglicht das Herausbeschleunigen aus Kurven bei voller Bodenhaftung der Räder. So erleichtert sie das Fahren beispielsweise auf kurvigen Strecken, im Kreisverkehr und auf feuchtem Untergrund.
Trailer Stability Assist (TSA)
Die DSTC Fahrdynamikregelung beinhaltet auch den Trailer Stability Assist (TSA). Das System dämpft ein mögliches Schlingern bei angehängtem Caravan oder Trailer. Dabei wird das Fahrzeug durch das Abbremsen eines oder mehrerer Räder sowie die Reduzierung des Drehmoments stabilisiert.
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-Bremssystem 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”.
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
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.
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.
ESP
Ausrüstungsraten bei Neufahrzeugen in % - 2004
Japan
8
USA
11
Europa
36
Deutschland
64
Frankreich
39
Spanien
30
Großbritannien
24
Italien
20
Anmerkung: Die Verkehrssicherheit erhöhen wird
voraussichtlich eine Verordnung, die im August 2009 in Kraft
getreten ist. Sie schreibt unter anderem für alle Fahrzeuge
schrittweise bis November 2014 den verpflichtenden Einsatz
des Elektronischen Stabilitäts-Programms (ESP®) vor.
Nutzfahrzeuge müssen darüber hinaus spätestens ab November
2015 auch mit vorausschauenden Notbremssystemen sowie
Spurhalteassistenten ausgerüstet sein.
Quellen: Informationen
und Bilder von Bosch, Volkswagen, BMW und Mercedes
Benz erhalten. Dafür meinen Dank.
