Elektronisches Stabilitätsprogramm

Das Electronic Stability Control (ESC) ist ein elektronisch gesteuertes Fahrassistenzsystem für Kraftfahrzeuge, das durch gezieltes Abbremsen einzelner Räder dem Ausbrechen des Wagens entgegenwirkt. ESC ist eine Erweiterung des Antiblockiersystems (ABS) und meist mit einer Antriebsschlupfregelung (ASR) sowie dem Bremsassistenten kombiniert.

Anfänge

Das erste Electronic Stability Control wurde 1995 unter dem Namen Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) von Bosch erstmals für die Mercedes S-Klasse in Serie gefertigt. In Fachkreisen wird für das System der Begriff ESC (Electronic Stability Control) verwendet.

Die Abkürzung ESP ist ein eingetragenes Warenzeichen der Daimler AG, daher gibt es bei anderen Fahrzeugherstellern zum Teil andere Bezeichnungen. BMW und Mazda nennen es DSC (Dynamische Stabilitäts-Control), das System heißt bei Honda VSA (Vehicle Stability Assist), Toyota benutzt das Kürzel VSC (Vehicle Stability Control); Porsche nennt sein System PSM (Porsche Stability Management).

Technik und Funktionsweise

Dieses Fahrerassistenzsystem erhöht die Sicherheit von Pkw. Durch gezieltes Bremsen einzelner Räder versucht das System, ein Schleudern des Fahrzeugs im Grenzbereich zu verhindern und dem Fahrer so die Kontrolle über das Fahrzeug zu sichern. ESP verhindert durch gezieltes automatisches Abbremsen einzelner Räder sowohl das Übersteuern als auch das Untersteuern eines Fahrzeugs.

Damit das ESP auf kritische Fahrsituationen reagieren kann, vergleicht das System permanent (bis zu 150 Mal pro Sekunde) den Fahrerwunsch mit dem Fahrzustand. Der Lenkwinkelsensor liefert den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung. Motormanagement, die ABS-Drehzahlsensoren und der Gierratensensor (Gierrate, Querbeschleunigung) liefern die Signale zur Interpretation des Fahrzeugverhaltens. Ein weiterer Beschleunigungssensor detektiert bei neueren Systemen auch eine Drehung in der Längsachse des Autos (Überschlag). Wenn eine wesentliche Abweichung des berechneten Fahrzustandes vom Fahrerwunsch festgestellt wird, greift das System ein. Ein Übersteuern wird durch Abbremsen des kurvenäußeren Vorderrades, ein Untersteuern hingegen durch Abbremsung des kurveninneren Hinterrades korrigiert. Die Radposition spielt dabei eine doppelte Rolle: Einerseits erzeugt die Bremskraft auf der kurveninneren Seite ein Giermoment, das das Eindrehen unterstützt, und umgekehrt. Andererseits verliert ein gebremstes Rad an Seitenführungsfähigkeit, d.h. Bremskraft an der Hinterachse unterstützt das Eindrehen, und umgekehrt. Einseitige Bremseingriffe an der Vorderachse können am Lenkrad spürbar sein. Dieser Effekt kann als Komfortminderung ausgelegt werden, deshalb lassen manche Hersteller die Vorderachse erst eingreifen, wenn die Korrektur an der Hinterachse sich als nicht wirksam genug erweist.

Zusätzlich kann ESP auch die Motorleistung drosseln, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern und ein Durchdrehen der Antriebsräder zu verhindern. Von Beginn an wurden die ESP-Systeme auch mit einer Traktionskontrolle verbunden, die ein durchdrehendes Antriebsrad abbremst und so das Antriebsmoment auf das andere Rad verlagert. Neben der zusätzlichen Sensorik (siehe oben) ist für das ESP die Trennung aller Radbremskreise erforderlich, damit jedes Rad einzeln abgebremst werden kann.

Es gibt nur wenige Spezialfälle, bei denen das ESP gelegentlich „stört“. Dazu gehört das Fahren mit Schneeketten, auf steilen, verschneiten Steigungen (wegen Nichtzulassung des benötigten hohen Schlupfs), gewolltes Driften in Kurven, schnelles Beschleunigen und allgemein das absichtliche Fahren im Grenzbereich. Hier bemerkt der Fahrer beispielsweise eine Drosselung der Motorleistung. Daneben eignet sich ESP auch dazu, Schwächen in der Fahrwerksauslegung und -abstimmung zu korrigieren.

Aus diesen Gründen ist die Aktivierungsschwelle abhängig von der Marken- und Produktphilosophie des jeweiligen Herstellers, beispielsweise eine etwas spätere Aktivierung bei Porsche. Daneben lässt sich ESP bei vielen Herstellern abschalten. Bei einigen aktiviert es sich allerdings wieder, wenn das Bremspedal im Grenzbereich getreten wird. Geschieht dies, regelt das ESP das Fahrzeug bis zum stabilen Fahrzustand und schaltet sich dann wieder ab. Dies ist im Fahrzeuginneren zwar nicht visuell erkennbar, allerdings in Form eines „Ruckelns“ spürbar. Bei anderen lässt sich die Aktivierungsschwelle über einen Schalter nur von früh/vorsichtig auf spät/sportlich verschieben. Die Mechanismen sind dabei teilweise undokumentiert (Beispiel BMW: Halten der DSC-Taste für bis zu 2,5 Sekunden schaltet DSC in den agileren DTC-Modus, deaktiviert das DSC/ESP bei Tastenbetätigung über 3 Sekunden. Durch nochmaliges Drücken der DSC-Taste kommt man in den normalen Modus des DSC. Bei Tastendrücken länger als 10 Sekunden wird das DSC aus Sicherheitsgründen bis zum Neustart in den Normalmodus versetzt). Da ESP- und ABS-Funktionen sowohl über die elektronische Regelung als auch über mechanische Teilsysteme zusammenarbeiten, lässt sich das System nicht mehr mit dem Ziehen einer Sicherung deaktivieren, ohne das Bremssystem auf Notlauffunktionen zu reduzieren.

Beispiel einer Fahrsituation

Ein PKW fährt eine Rechtskurve. Droht ein Ausbrechen des Hecks nach links durch eine Lastwechselreaktion, durch ein Aufschaukeln des Fahrzeugs nach schneller Lenkwinkeländerung, durch starke Leistungserhöhung bei heckgetriebenen Fahrzeugen (Leistungsübersteuern), durch einen technischen Defekt (zum Beispiel Platzen eines Hinterreifens) oder durch eine Änderung des Reibwerts im Kurvenverlauf, bremst das ESP das Rad vorne links ab. Dadurch wird ein Giermoment nach links erzeugt, das dem Übersteuern des Fahrzeugs entgegenwirkt. Das Rad vorne links und damit die Vorderachse verlieren außerdem durch die Bremsung an Seitenführungskraft (vgl. Kammscher Kreis), was das Einlenkmoment und damit das Übersteuern des Fahrzeugs zusätzlich abschwächt.

Geschichte und Ausblick

Schon vor der Einführung von ESP gab es Regelsysteme, die in bestimmten Situationen das Fahrzeug stabilisierten. Mit ABS waren Fahrzeuge auch bei Vollbremsungen lenkbar, mit der ABS-Erweiterung ASR ergab sich insbesondere bei heckgetriebenen Fahrzeugen ein Stabilitätsvorteil. Bei den allradgetriebenen 4MATIC-Modellen des Mercedes W124 wurden die Daten des Lenkwinkelsensors ausgewertet. Bei erkannten hektischen Lenkbewegungen wurde durch Ansteuerung der beiden Lamellensperren versucht, die Fahrzeugstabilität zu verbessern. Eine umfassende, gezielte Verbesserung der Stabilität in allen Fahrsituationen konnte jedoch erst durch die Einführung von ESP erzielt werden.

Vorreiter bei der Entwicklung von ESP waren die Firmen Bosch und Mercedes-Benz. Es wurde erstmals 1995 bei den Modellen der S-Klasse und des Roadsters (W140 und R129) in Serie eingeführt. Bei der A-Klasse (Stichwort: Elchtest) wurde das Fahrzeugverhalten u. a. durch ein serienmäßiges ESP (ab 1997) verbessert. Nach Prognosen von Bosch wird in den nächsten Jahren jeder zweite Personenwagen in Westeuropa ein ESP besitzen (Stand: 2004).

Grund für die vergleichsweise schnelle Verbreitung des ESP im europäischen Fahrzeugbau ist vermutlich der serienmäßige und aufpreisfreie Einsatz in den kleinen Baureihen „A-Klasse“ und „Smart“ von Mercedes-Benz. Dadurch ließen sich Aufpreise für das ESP in den höheren Fahrzeugklassen nicht mehr rechtfertigen und wegen des uneingeschränkt positiven Images des ESP wurde der Einbau – auch für die Wettbewerber – obligatorisch.

Inzwischen gibt es auch Weiterentwicklungen, bei welchen das Fahrzeug nicht nur durch automatische Bremseingriffe stabilisiert wird, sondern auch durch automatische Lenkeingriffe (ESP II). Durch Lenkeingriffe kann ein Fahrzeug speziell beim Bremsen auf inhomogenen Fahrbahnen (µ-split) oder bei Übersteuern sehr effizient stabilisiert werden. Um aktive Lenkeingriffe vornehmen zu können, muss im Fahrzeug aber ein aktiv ansteuerbares Lenksystem verbaut sein. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Überlagerungslenkung wie z. B. in den aktuellen BMW 3er- und 5er-Modellen oder dem Audi A4 handeln, mit welcher ein vom Fahrer unabhängiger Zusatzlenkwinkel an den Vorderrädern der Lenkwinkelvorgabe des Fahrers „überlagert“ werden kann. Aber auch mit elektrischen oder frei ansteuerbaren hydraulischen Servolenkungen ist eine zusätzliche Stabilisierung des Fahrzeugs durch Lenkeingriffe möglich wie z. B. in der aktuellen VW PQ35-Plattform (VW Golf V). Dabei kann der Lenkwinkel der Vorderräder aber nicht wie bei der Überlagerungslenkung unabhängig von der Lenkwinkelvorgabe des Fahrers eingestellt werden. Daher wird mit einer elektrischen Servolenkung dem Fahrer frühzeitig eine Lenkempfehlung in Form eines Lenkradmoments gegeben, sodass der Fahrer rechtzeitig und richtig dosiert die zur Stabilisierung notwendige Lenkkorrektur selbst durchführen kann. Dabei ist die Lenkempfehlung immer nur so stark, dass der Fahrer diese mühelos „überstimmen“ kann und somit immer die volle Kontrolle über die Kursführung behält.

Zusatzfunktionen des ESP

Die folgenden Zusatzfunktionen des ESP sind nicht in allen Fahrzeugen verfügbar und hängen von der Version des ESP ab:

• Elektronischer Bremsassistent (EBA) bzw. BAS: Über die Geschwindigkeit des Wechsels vom Gas- auf das Bremspedal wird erkannt, dass evtl. eine Vollbremsung bevorsteht und eine Vorbefüllung der Bremsanlage wird vorgenommen, die dafür sorgt, dass die Bremsbeläge leicht an den Scheiben anliegen und damit die Ansprechzeit der Bremse zu verkürzen. Erkennt das System über die Höhe des Bremspedaldrucks eine Notbremsung, wird der zur Erreichung der Maximalverzögerung nötige Bremsdruck automatisch aufgebaut.
• Roll Stability Control (RSC): Verhindert ein Überschlagen des Fahrzeuges durch Gaswegnehmen und Abbremsen einzelner Räder.
• Trailer Stability Assist (TSA): Stabilisierung bei Anhängerbetrieb (bei Mercedes, Honda und Opel). Die TSA verhindert ein Aufschaukeln bzw. Schleudern des Gespanns durch gezieltes Abbremsen einzelner Räder des Zugwagens.
• Bremsbereitschaft: Geht der Fahrer abrupt vom Gas, werden die Bremsbeläge schon leicht an die Scheibe gelegt, um eine eventuell folgende Vollbremsung zu verkürzen.
• Trockenbremsen: Alle paar Minuten werden bei Nässe die Bremsbeläge leicht an die Bremsscheiben angelegt, um trockene Bremsscheiben und somit ein optimales Ansprechen der Bremse zu erhalten. (Nässe wird erkannt durch den Betrieb der Scheibenwischer oder einen aktivierten Regensensor)
• Berganfahrhilfe: Ab einem bestimmten Neigungswinkel des Fahrzeugs hält die Bremse trotz „Loslassens“ des Bremspedals das Fahrzeug noch kurze Zeit fest, um ein Anfahren ohne Zurückrollen zu ermöglichen.
• Fading-Kompensation: Trotz extrem heißer Bremse erhöht sich der nötige Pedaldruck nicht.
• Soft Stop: Reduziert kurz vor dem Stillstand die Bremsleistung und verhindert so ein Rucken des Fahrzeuges beim Anhalten.
• Motor-Schleppmoment-Regelung: verhindert einen zu abrupten Übergang vom Zug- in den Schubbetrieb, um bei glatter Fahrbahn keinen Haftungsabriß an den Antriebsrädern zu provozieren.
• Überlagerungslenkung: Verhindert das Schiefziehen des Autos auf seitenverschieden griffiger Fahrbahn durch Gegenlenken. Diese Funktion erfordert zusätzliche Funktionen und Eingriffsmöglichkeiten in das Lenksystem des Fahrzeuges.

Verbreitung

Bei Neufahrzeugen betrug die Ausrüstungsquote mit ESP im Jahre 2004 in Deutschland 64 % (Stand 16. Februar 2005). Vom Pkw-Gesamtbestand in Deutschland sind dagegen (Stand: März 2005) erst ca. 23 % (Schätzung des ADAC) bzw. 15 bis 20 % (Schätzung Bosch) mit ESP ausgestattet, was daran liegt, dass der Fahrzeugbestand in Deutschland durchschnittlich 8 Jahre alt ist und erst nach 13 Jahren nicht mehr im Verkehr erscheint (Stand Mitte 2007). Statistische Daten zur Verbreitung:

• Stand 2005 alle in D neu zugelassenen Kfz: 72 %.
• Stand 1. Halbjahr 2006 alle neu in D zugelassenen Kfz: 75 %, davon
  • obere Mittelklasse und Oberklasse: 100 %
  • Kompakte: 96 %
  • Kleinwagen: 27 %
  • Kleinstwagen 30 %
• In Westeuropa 42 % (Angabe Bosch)

Wie die Statistik zeigt, ist die Ausstattungsrate in den unteren Fahrzeugklassen kostenbedingt geringer als in der Oberklasse, obwohl gerade diese Fahrzeuge wegen ihres geringen Massenträgheitsmoments von ESP besonders profitieren können. ^[1] Im Februar 2006 hat der VDA eine Empfehlung zur Selbstverpflichtung aller Deutschen Automobilhersteller zur Serienausrüstung von ESP in allen Fahrzeugen ausgesprochen, da den Vorteilen dieses Systems im normalen Alltagsbetrieb keine Nachteile entgegenstehen. Innerhalb von Europa nimmt Deutschland nach Bosch-Angaben den Spitzenplatz bei der ESP-Ausrüstung ein. Wettbewerber sind Continental und seit einiger Zeit auch TRW. Bei Bussen beträgt die Ausstattungsquote bei Neuzulassungen (März 2005) etwa 50 %, bei LKW dagegen nur 5 %. Dies liegt vor allem an der höheren Komplexität des Systems bei Nutzfahrzeugen und damit erheblich höheren Kosten.

Verfügbarkeit

In den Jahren 2006 bis 2008 hat die Unfallforschung der Versicherer (UDV) Untersuchungen zur Verfügbarkeit von ESP in Neufahrzeugen für den deutschen Markt durchgeführt. In einigen Fahrzeugklassen und bei manchen Fahrzeugherstellern hat das Thema ESP immer noch nicht den notwendigen Stellenwert. 2008 hatten 67 Prozent (2007: 64; 2006: 58 Prozent) der in Deutschland erhältlichen Fahrzeugmodellreihen serienmäßig ESP an Bord, doch waren andererseits 9 Prozent (2007: 14 Prozent; 2006: 20 Prozent) aller neuen Pkw-Modellreihen gar nicht mit dem aus Sicht der Unfallforschung dringend notwendigen Sicherheitsfeature erhältlich. ^[2] Verbraucher, die beim Auto-Neukauf auf Nummer sicher gehen wollen, können sich auf der Internetseite der Unfallforschung der Versicherer ^[3] informieren, wie der Ausrüstungsstand von ESP in den einzelnen Fahrzeugmodellen ist. In einer Datenbank (Stand März 2009) können nicht nur die Hersteller und Modellreihen aller Neufahrzeuge in Deutschland abgerufen werden, sondern sogar einzelne Modelle.

Wertung

Obwohl es schwierig ist, die Daten der Verkehrsunfälle entsprechend auszuwerten, wird die Verminderung der Verkehrsunfälle sowie die Abnahme der schweren Verletzungen von Autofahrern im Straßenverkehr in den letzten Jahren eindeutig auch der Einführung des ESP zugeschrieben. Dies beweist eine große Anzahl weltweiter Studien. ESP vermeidet das Schleudern von Fahrzeugen, denn Schleudern ist zu einem hohen Anteil ursächlich für Unfälle mit Schwerverletzten und Verkehrstoten. Eine Studie von Mercedes hat ergeben, dass die Unfälle ihrer Autos seit der serienmäßigen Ausstattung mit ESP um 15 % zurückgegangen sind. Nach einer Studie von Volkswagen ließe sich die Anzahl der bei Verkehrsunfällen getöteten Fahrzeuginsassen um rund 25 % reduzieren, wenn alle Fahrzeuge mit ESP ausgestattet wären. ESP wird bei Unfallforschern vom Sicherheitsgewinn her als mit dem Sicherheitsgurt und dem Airbag vergleichbar angesehen. Die Untersuchungen der UDV haben gezeigt, dass 25 Prozent aller Pkw-Unfälle mit Personenschaden und 35 bis 40 Prozent aller Pkw-Unfälle mit Getöteten durch ESP positiv beeinflussbar wären. Bezogen auf das Unfallgeschehen in Deutschland bedeutet dies, dass pro Jahr ca. 37.000 Unfälle mit Verletzten und 1.100 Unfälle mit Getöteten vermieden oder zumindest in ihren Folgen abgeschwächt werden könnten, wenn alle Pkw über ESP verfügen würden.

Pflichteinbau

Nach einem Beschluss des Europaparlaments vom 10. März 2009, müssen ab November 2011 alle in der EU neu zugelassenen Pkw und Lkw serienmäßig mit ESP ausgestattet werden. Eine Übergangsfrist von bereits erteilten Zulassungen an Neufahrzeugen gilt bis Ende 2013. ^[4]

Literatur

• Robert Bosch (Hrsg): Autoelektrik Autoelektronik. 5. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-528-23872-8
• Karl-Heinz Dietsche, Thomas Jäger, Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 25. Auflage, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden, 2003, ISBN 3528238763

Siehe auch

• Elektronisches Bremssystem

Einzelnachweise

1. ↑ Bosch Grafik, Stand 2008
2. ↑ Unfallforschung der Versicherer; Stand März 2009
3. ↑ www.udv.de
4. ↑ Spiegel online vom 10.03.2009

Weblinks

• ESP-System-Anbieter: Robert Bosch GmbH, Continental Automotive Systems, TRW Automotive
• Erklärung von ESP in einem Beitrag von Planetopia Magazin
• Choose-ESC-Kampagne
• ESP-Verfügbarkeit in Neufahrzeugen
• ESP – Mein Schutzengel: Informationsportal der Unfallforschung der Versicherer