Układ ESP - jak to działa?

Według różnych źródeł w latach 80. XX wieku około 50 proc. wypadków z ofiarami śmiertelnymi i ciężko rannymi spowodowane było wpadnięciem samochodu w poślizg. Dlatego firma Mercedes-Benz, mająca największe zasługi na polu poprawy bezpieczeństwa czynnego w tym zakresie, już od roku 1988 prowadziła prace nad systemem elektronicznym, pomagającym kierowcy opanować auto w krytycznej sytuacji drogowej.

Początkowo prace nie były zbyt owocne. Zauważono, że aby stworzyć taki układ elektroniczny, potrzeba znacznie bardziej rozbudowanych układów mikroprocesorów niż dla ABS. Szacowano, że nowo opracowywany system potrzebował będzie około 1 mln operacji na sekundę, czyli blisko czterokrotnie więcej, niż dotychczas stosowane.

Było to możliwe do zrealizowania dopiero w połowie lat 90. W 1995 roku zaprezentowano pierwsze auto, które w wyposażeniu opcjonalnym miało ESP – Mercedesa S 600 w wersji coupé. Wynalazek okazał się przełomowy. Jeszcze w tym samym roku trafił na listę opcji S-klasy w wersji sedan, a rok później swoje wersje opracowały i zaprezentowały BMW, Lexus i Cadillac.

W 1997 roku, po incydencie ze słynnym testem łosia i spektakularnej wywrotce małego Mercedesa klasy A, pokazano, jak bardzo można zmienić zachowanie samochodu po zamontowaniu w nim systemu. Aby auto zdało wspomniany test, oprócz zmian konstrukcyjnych zastosowano po raz pierwszy seryjnie system ESP.

Swoje miejsce w historii tego rozwiązania ma również Audi, które jako pierwsze wprowadziło system do samochodu z napędem na cztery koła – modelu A8 4.2 quattro w 1997 roku. Dotychczas był to problem konstrukcyjny, który rozwiązano, zbierając informacje o chwilowej prędkości samochodu ze wszystkich kół, a nie tylko z osi nienapędzanej.

Czym zatem jest popularne ESP? Electronic Stability Program to system elektroniczny stabilizujący samochód po wpadnięciu w poślizg. Stabilizacja odbywa się dzięki korekcie toru jazdy auta przez odpowiednie przyhamowanie dowolnego koła oraz zmniejszenie dawki paliwa do silnika, co powoduje spadek momentu obrotowego.

Układ ESP łączy w sobie wiele systemów, m.in. ABS, system elektronicznego rozdziału siły hamowania, system kontroli trakcji (ASR) oraz układ wspomagania hamowania. Składa się z dwóch centralnych mikrokomputerów, które pełnią funkcję obliczeniową i kontrolują się wzajemnie, oraz wielu czujników. Najważniejsze z nich służą do pomiaru:

• prędkości obrotowej każdego koła (wykorzystanie czujników ABS),
• kąta skrętu kierownicy,
• przyspieszenia poprzecznego samochodu,
• ciśnienia płynu hamulcowego w przewodach,
• prędkości obrotowej wokół osi pionowej,
• aktualnej prędkości pojazdu,
• aktualnego momentu obrotowego przenoszonego na koła,
• przełożenia skrzyni biegów.

Często wykorzystywane są również dodatkowe informacje, takie jak: ciężar samochodu (informacja z układu regulacji twardości amortyzatorów), ciśnienie w oponach i różnice w ich bieżnikach, określane na podstawie pomiaru prędkości obrotowej kół.

Moduł sterujący analizuje około kilkudziesięciu zmiennych informacji i na ich podstawie oblicza teoretyczne zachowanie samochodu przy obranym przez kierowcę torze jazdy, prędkości i warunków na drodze. Najważniejsza jest wartość prędkości żyroskopowej, czyli obrotu auta wokół jego osi pionowej.

Następnie moduł porównuje wartość wyliczoną z wartością rzeczywistą, mierzoną przez odpowiedni czujnik. Jeżeli wykryta zostanie różnica, to układ wkracza do akcji i przyhamowuje odpowiednie koło, a także reguluje moment obrotowy.

Działanie systemu ESP zależy od rodzaju utraty stateczności pojazdu. W przypadku podsterowności (wtedy, gdy bardziej ślizga się oś przednia) komputer systemu po wykryciu uślizgu wysyła wiadomość do układu hamulcowego.

Zostaje to tam odebrane jako potrzeba wytworzenia maksymalnego ciśnienia (największa możliwa skuteczność hamowania) i przyhamowania wewnętrznego koła osi tylnej. Powoduje to powstanie momentu stabilizującego, działającego przeciwnie do zjawiska podsterowności i samochód zostaje naprowadzony na właściwy kurs jazdy.

Z kolei przy nadsterowności (uślizgu osi tylnej) po wykryciu utraty utraty stateczności wysyłana jest informacja do układu hamulcowego o konieczności maksymalnego przyhamowania zewnętrznego koła osi przedniej. Podobnie jak w poprzednim przypadku powoduje to wytworzenie momentu stabilizującego i niebezpieczeństwo gwałtownego zacieśnienia zakrętu oraz obrotu samochodu zostaje zażegnane.

W obu przypadkach następuje również ograniczenie momentu obrotowego dostarczanego na koła napędzane, aby nie doprowadzić do pogorszenia sytuacji i większego poślizgu.

Jakie są zalety i wady ESP? Do zalet można zaliczyć przede wszystkim zwiększenie sterowności pojazdu, zwiększenie stateczności, a co za tym idzie - poprawę bezpieczeństwa czynnego. Działanie systemu powoduje, że nie jest konieczne korygowanie kierownicą kursu samochodu w poślizgu. Wadą ESP jest stosunkowo duże jego skomplikowanie, co przekłada się na zwiększenie ceny pojazdu.

Nie można zapominać, że choć ESP pomaga w utrzymaniu stateczności, to praw fizyki nie da się oszukać. Przy prędkości znacznie powyżej optymalnej w zakręcie nie sprawdzi się już żaden system, ale auto prawdopodobnie wypadnie z drogi przodem, dzięki czemu prawidłowo zadziałają systemy bezpieczeństwa biernego, jak poduszki, czy pasy bezpieczeństwa.

Potwierdzeniem znaczenia ESP w zwiększaniu bezpieczeństwa jest to, że od 1 listopada 2011 roku wszystkie nowo sprzedawane w UE samochody osobowe i lekkie pojazdy użytkowe muszą być wyposażone w ten system. Kolejne zaostrzenie wejdzie w życie 31 października 2014 - obowiązkiem zostaną objęte wszystkie nowe pojazdy sprzedawane w krajach UE.

Często można spotkać się z opiniami, że ESP odbiera kierowcy przyjemność z prowadzenia samochodu i że doświadczony kierowca lepiej poradzi sobie z autem w zakręcie i przejedzie go szybciej niż przy współdziałaniu z systemem ESP. Jest w tym trochę racji, ale zależy to od konkretnego samochodu i ustawień działania systemu.

W popularnych autach działanie systemu powoduje wyraźne ograniczenie momentu obrotowego i zwolnienie samochodu. Z kolei auta sportowe mają tak zoptymalizowane układy, że pozwalają one w jak największym stopniu wykorzystać przyczepność opon i nawierzchni i przejechać zakręt szybciej.

Na szczęście w większość samochodów system można całkowicie lub choćby częściowo odłączyć wtedy, gdy możemy świadomie pozwolić sobie na uślizgi samochodu. Warto zauważyć, że skrót ESP jest tylko jednym z wielu, jakimi posługują się producenci.

Oto przykładowa lista producentów i nazw odmian systemu ESP:

• ESP - Electronic Stability Program (Audi, Volkswagen, Seat, Skoda, Bentley, Chrysler, Citroen, Dodge, Hyundai, Opel, Peugeot, Renault, Saab)
• 4ESP - Electronic Stability Program for AWD (Mercedes)
• VSC - Vehicle Stability Control (Toyota, Lexus)
• ASC - Active Stability Control (Mitsubishi)
• DSC - Dynamic Stability Control (BMW, Mazda)
• ESC - Electronic Stability Control (Nissan)
• VSA - Vehicle Stability Assist (Honda)
• VDC - Vehicle Dynamic Control (Subaru, Alfa Romeo)
• MVDCS - Multimode Vehicle Dynamics Control System (Subaru)
• PSM - Porsche Stability Management (Porsche)
• EUC - Enhanced Understeer Control (Nissan)
• UCL - Understeer Control Logic (Jaguar)
• OCF - Oversteer Control Function (Fiat, Lancia)
• CST – Controllo Stabilita (Ferrari)
• DSTC - Dynamic Stability and Traction Control (Volvo)