Jak działa układ ESP?

Choćby nie wiem jak kombinować w tekście na temat ESP, czyli elektronicznego systemu stabilizacji toru jazdy, nie da się uniknąć wzmianki o „teście łosia”. To termin znany powszechnie w świecie motoryzacji za sprawą Mercedesa klasy A. W 1997 roku model ten właśnie wchodził do sprzedaży, a jedna ze szwedzkich gazet motoryzacyjnych przeprowadziła z jego udziałem test polegający na gwałtownym ominięciu nagle pojawiającej się na drodze przeszkody. Taką często bywa w Szwecji łoś. Nowa Klasa A manewru nie wykonała i przewróciła się na bok. Aby pokazać, że pierwszy kompaktowy model Mercedesa jest jednak bezpieczny, Niemcy po tym zdarzeniu wyposażyli go seryjnie w system ESP, który po raz pierwszy został zastosowany dwa lata wcześniej jako opcja w Mercedesie S (wymagał dopłaty 1750 marek).

Jedni traktują datę tego zdarzenia jako przełom w ochronie dzikiego zwierza, inni uważają, że to początek końca wolności za kierownicą, bo od tego czasu kierowców coraz bardziej zaczęła wyręczać elektronika. W każdym razie, gdyby nie „test łosia”, na pojawienie się systemów asystujących kierowcy trzeba by czekać jeszcze parę lat, a niektóre modele aut pewnie nigdy by nie powstały.

Nowa nazwa poszukiwana „Trzeba wymyślić nową nazwę dla ESP”– mówi Mario Kröninger, dyrektor zajmujący się w firmie Bosch systemami sterującymi układem jezdnym. Z hardware’u ESP korzysta dzisiaj 29 innych systemów czuwających nad bezpieczeństwem pasażerów, niektóre z nich nie mają nawet bezpośredniego związku z zachowaniem się samochodu na drodze. W oparciu o ESP działają na przykład tempomat, system wspomagający podjazd na wzniesienie, czy – stosowany w samochodach terenowych – rozpoznawania rodzaju podłoża. „Pewnie niewielu kierowców wie, że współczesne efektywne silniki wytwarzają zbyt małe podciśnienie dla układu wzmacniającego siłę hamowania. Dopiero ESP umożliwia jego optymalne działanie” – tłumaczy Kröninger.

24 Miesięcy potrzeba, żeby zestroić ESP do nowego modelu, w wypadku kolejnej wersji silnikowej wystarczy rok.

A w przyszłości? „ESP jest ważnym elementem elektrycznych układów napędowych. Im więcej funkcji uda się skupić w jednym centralnym komputerze, tym wydajniejsze, prostsze w obsłudze i łatwiej poddające się kontroli będą auta hybrydowe i elektryczne” – twierdzi menedżer Boscha.

Dlatego elektroniczny sterownik ESP bynajmniej nie staje się lżejszy. „To na pewno nie będzie element ważący 500 g” – twierdzi Kröninger. Dzisiaj waży 1,25 kg, kiedyś, na początku, było to 6,9 kg. Efektywność wzrosła w tym samym czasie z 56 kilobajtów do 2 megabajtów i prawdopodobnie będzie jeszcze czterokrotnie większa.

Programowane DNA Już dzisiaj dostosowuje się wydajność systemu do wymagań konkretnego auta. „W ESP można zaprogramować DNA samochodu”– twierdzi Kröninger. Brzmi to dość mądrze, a dyskusja o tym, jak zaprogramować zachowanie się auta na drodze ociera się o filozofię. „Oczywiście są kryteria, które można zmierzyć, np. drogę hamowania, jednak szczegóły to już sprawa subiektywna” – przyznaje inżynier ds. rozwoju Ralf Friedmann.

Auta małe: Ile bezpieczeństwa zapewniają miejskie maluchy?
Fiat Panda i VW Up kosztują co najmniej po 32 tys. zł – to niemało, jednak nie aż tak dużo, żeby nie pojawiła się nutka niepewności, czy aby maluchy te wyposażono w zaawansowany i dobrze zestrojony układ ESP.
Pomiędzy pachołki wyznaczające trasę slalomu VW Up wjeżdża z prędkością 70 km/h – przy wyjeździe ma na liczniku 46 km/h. W Pandzie wskazówka prędkościomierza pokazuje na końcu próby aż 52 km/h, jednak to jedyna dyscyplina testowa, w której włoskie auto robi tak dobre wrażenie. ESP musi też przeciwdziałać mocnym przechyłom nadwozia oraz „zamiataniu” tyłem, co udaje się dzięki zmniejszeniu mocy silnika. Poza tym podczas hamowania na nawierzchni o różnej przyczepności pod kołami z prawej i lewej strony samochód okazuje się niespokojny. To samo dotyczy VW, ponieważ w tej konkurencji negatywny wpływ na wynik ma krótki rozstaw osi. A poza tym? ESP w VW Upie ingeruje podobnie jak w Pandzie, równie mocno przyhamowując koła – ponieważ VW przechyla się mniej niż Fiat, w mniejszym stopniu odciąża koła. Tym dziwniejsza wydaje się w VW strategia działania ESP, bo zawieszenie potrafi właściwie więcej niż pozwala mu elektronika.
Podczas hamowania na mokrym Up i Panda zachowują się raczej stabilnie.	Podczas hamowania na mokrym Up i Panda zachowują się raczej stabilnie	ES P dopuszcza dużą prędkość przy wyjeździe Fiata Pandy ze slalomu.	ESP dopuszcza dużą prędkość przy wyjeździe Fiata Pandy ze slalomu
W małym VW nie da się wyłączyć ani systemu ESP, ani ASR.	W małym VW nie da się wyłączyć ani systemu ESP, ani ASR	W Pandzie można wyłączyć tylko kontrolę trakcji ASR.	W Pandzie można wyłączyć tylko kontrolę trakcji ASR
Na mokrej nawierzchni układ ESP w dużym stopniu zmniejsza podsterowność samochodu; zapewnia też stabilność podczas omijania przeszkody. Strategia działania ESP w VW Upie jest zbyt konserwatywna, układ wkracza do akcji za wcześnie i ingeruje ze zbyt dużą siłą.		ESP wykorzystuje cały potencjał zawieszenia podczas testu omijania przeszkody, dopuszczając bezpieczną jazdę z dużą prędkością. Silne ingerencje elektroniki, polegające głównie na ujęciu mocy silnika. Za ESP trzeba dopłacić 1500 zł, tylko w najdroższej wersji jest seryjny.
Podsumowanie ESP przydaje się głównie w Pandzie, ponieważ jej zawieszenie dopuszcza do mocnych przechyłów karoserii. W VW elektronika też mocno pomaga, ale niepotrzebnie ingeruje aż tak mocno.

Bosch pracuje dwutorowo nad systemami ESP. Oferuje tzw. opcję fit for use, w której klient podaje kiedy będzie mu potrzebny system i Bosch go opracowuje, druga to wspólna praca z inżynierami w działach rozwoju ESP, istniejącymi w firmach samochodowych. Czas potrzebny do opracowania optymalnie działającego ESP może wynieść nawet dwa lata, a uwzględnić trzeba dużo więcej niż tylko podstawowe parametry zachowania się samochodu na drodze.

Zestrajając ESP, należy wziąć pod uwagę np. rozmiar opon, jakie zamierza stosować producent auta, czyli ich średnicę, szerokość oraz rozmaite rodzaje, które będą oferowane w wyposażeniu fabrycznym. Wpływ na programowanie ESP ma także to, czy samochód będzie wyposażany w amortyzatory o zmiennej sile tłumienia, czy będzie miał napęd na cztery koła z centralnym mechanizmem różnicowym, czy układ kierowniczy będzie miał wspomaganie o zmiennej sile działania.

Same silniki grają przy tym raczej mniejszą rolę, w każdym razie jeśli nie chodzi akurat o najmocniejsze sportowe jednostki danego modelu. Im bardziej złożony system – tym jest droższy. Menedżer Boscha, Kröninger, przyznaje, że „ESP, które musi uwzględnić wiele czynników może być dwa i pół razy droższe niż prosty system”. Klient ma za to pewność, że ESP jakie otrzymuje zadba nie tylko o zadane parametry jazdy, ale też, że samo nie pogorszy komfortu, np. wywołując niepożądane dźwięki czy wibracje.

Poprawia właściwości jezdne
Jaką rolę ma jeszcze do spełnienia nowoczesny system ESP? Zależnie od kąta skrętu kierownicy i położenia pedału gazu zapewnia jak najlepszy rozdział siły napędowej pomiędzy napędzane koła. W wypadku samochodu z napędem na cztery koła, np. Audi A6 Quattro, ten rozdział następuje nie tylko pomiędzy prawym i lewym kołem jednej osi, ale między wszystkimi czterema na obydwu osiach. Poza tym elektronika pełni funkcję blokady mechanizmu różnicowego, również w samochodach z napędem na jedną oś, np. w BMW M135i.

Można też zaprogramować tzw. funkcję torque vectoring, dzięki której samochód lepiej wpisuje się w zakręt – tak jest w Porsche 911 ze skrzynią biegów z dwoma sprzęgłami. W ramach torque vectoring przyhamowywane jest nie tylko to koło, które właśnie zaczęło się ślizgać, ale jednocześnie do koła o dobrej przyczepności kierowana jest większa siła napędowa, jednak nie większa niż sam kierowca zdoła wytworzyć naciskając na pedał przyspieszenia. „Z technicznego punktu widzenia nie byłoby najmniejszego problemu z przekazaniem do kół większej siły napędowej, tyle że kierowca czułby się nieswojo, gdyby poczuł, że samochód przyspiesza sam z siebie” – twierdzi Kröninger.

Tuszowanie wad
W powyższych przypadkach elektronika zastępuje elementy mechaniczne. Pojawia się pytanie – jak daleko można się posunąć w tej grze. Czy producenci aut mogliby zaoszczędzić na konstrukcji zawieszenia odpowiednio programując elektronikę albo wręcz tuszować z jej pomocą wady konstrukcyjne? „W zasadzie system ESP dlatego stał się tak popularny, bo potrafi przykryć błędy konstruktorów, jak w wypadku Mercedesa A, czy pierwszego Audi TT” – przyznaje jeden z inżynierów pracujących w firmie samochodowej. Główny inżynier innego producenta idzie jeszcze dalej: „Jestem pewien, że także dzisiaj ESP neutralizuje problemy, które pojawiają się podczas prac konstrukcyjnych”.

Kompakty: Czy łatwiej zapanować nad samochodem z przednim czy z tylnym napędem?
BMW 1 wciąż pozostaje wierne tylnemu napędowi, który ma zapewniać lepszą dynamikę jazdy. Nie posądzana o sportowe aspiracje Kia Cee’d reprezentuje z kolei znacznie liczniejsze grono modeli z napędem na przód.
Gdy Kia Cee’d podczas jazdy po okręgu na mokrej nawierzchni zaczyna wpadać w poślizg podsterowny, pojawia się myśl: „no jasne, wiadomo”. Ale oto ESP łagodnie, a przy tym skutecznie koryguje zachowanie auta, co budzi uznanie testujących. Bo Cee’d zachowuje się bezpiecznie, ale pozwala też na znacznie bardziej dynamiczną jazdę niż można by się spodziewać – zwłaszcza w zderzeniu z BMW, które cieszy się opinią najbardziej zwinnego kompaktu. Tylko hamulce w obu autach pozostawiają nieco do życzenia. W „jedynce” podczas omijania przeszkody z hamowaniem blokują się koła i auto jedzie na wprost. Dopiero po jakimś czasie elektronika popuszcza cugle i BMW w końcu zaczyna skręcać. Za to w Kii – pełny spokój. Wprawdzie podczas hamowania na drodze o różnej przyczepności Cee’d nie bardzo utrzymuje obrany kierunek jazdy, ale wartości opóźnień są zadowalające. W BMW trzeba tylko minimalnie korygować tor jazdy kierownicą, całą robotę wykonuje elektronika.
W slalomie ESP działa z wyczuciem utrzymując auto na granicy przyczepności.	W slalomie ESP działa z wyczuciem utrzymując auto na granicy przyczepności	ESP skutecznie przeciwdziała podsterownemu poślizgowi Kii na mokrym.	ESP skutecznie przeciwdziała podsterownemu poślizgowi Kii na mokrym
Naciśnięcie przycisku powoduje, że elektronika wkracza do akcji później.	Naciśnięcie przycisku powoduje, że elektronika wkracza do akcji później	W Kii Cee’d system ESP można rzeczywiście wyłączyć całkowicie.	W Kii Cee’d system ESP można rzeczywiście wyłączyć całkowicie
Precyzyjna i wyważona ingerencja układu ESP, pewne i bezpieczne zachowanie samochodu podczas jazdy po równej nawierzchni. Duży podsterowny poślizg na mokrym asfalcie, bardzo mocno spóźniony manewr skręcania podczas testu omijania przeszkody wraz z hamowaniem.		Dobre zachowanie przy omijaniu przeszkody wraz z hamowaniem, skuteczne zapobieganie poślizgowi podsterownemu, w sumie dobrze zestrojone ESP. Niespokojne zachowanie podczas hamowania na drodze o różnej przyczepności, mocne ingerencje elektroniki podczas jazdy w slalomie.
Podsumowanie Mały rozstaw osi i tylny napęd BMW nie sprzyjają bezpiecznemu zachowaniu na drodze, ale ESP ma wszystko pod kontrolą. Mile zaskakuje precyzyjnie i z wyczuciem działające ESP w Kii.

Przede wszystkim jednak – tu wszystkie źródła są jednomyślne – nowoczesna elektronika pozwala sprawić, że auto będzie i bezpieczne, i dynamiczne. Pod tym względem producenci samochodów dla masowego odbiorcy oraz wytwórcy aut sportowych podczas konstruowania ESP zbliżają się do siebie, chociaż wychodzą z różnych pozycji.

Zawieszenie auta klasy średniej można dzisiaj zestroić w znacznie bardziej sportowy sposób niż było to możliwe dotychczas, bo niezbędną porcję bezpieczeństwa zapewnia właśnie elektronika. Gdy niegdyś auta sportowe wymagały od kierowcy dużych umiejętności, by nie wymknęły się spod kontroli, teraz mają zawieszenia skrojone w większym stopniu pod kątem bezpieczeństwa, a niezbędne właściwości jezdne zapewnia im ESP.

Bez ESP nie ma dzisiaj samochodu
Skoro to elektronika sprawia, że auto jest bezpieczne, nigdy nie będzie można jej odłączyć całkowicie, by dać kierowcy pełną wolność w jego kierowaniu. „Bez systemów elektronicznych już dzisiaj nie obejdzie się żaden samochód” – potwierdza jeden z konstruktorów. „W przyszłości pojawi się temat kierowanych kół tylnej osi w połączeniu ze zmiennym kierunkiem ich wychylenia, bo tę funkcję da się zintegrować z ESP”– zdradza jeden z rozmówców (akurat nie z Porsche, mimo że GT3 z takim rozwiązaniem właśnie wchodzi do produkcji).

Dzisiaj nie trzeba konstruować i testować różnych zawieszeń dla każdej wersji modelu, jeden rodzaj konstrukcji wystarcza nawet dla serii modeli. Różnice w zachowaniu aut są generowane przez software – tak wygląda praktyka na rynku samochodowym, na którym nigdy nie było tylu tak różnych modeli. Kompaktowe sedany i hatchbacki, vany, SUV-y i coupé w obrębie jednej klasy aut można sobie wyobrazić także i bez udziału elektroniki, ale z powodu wysokich kosztów produkcji nigdy by nie powstały. To, jakie modele jeszcze się pojawią zależy więc od rozwoju ESP. Kiedyś był to jedynie element bezpieczeństwa, dzisiaj konieczny składnik konstrukcji auta. Czy krępuje kierowcę? Raczej nie, czego dowodem zachowanie Porsche na torze wyścigowym.

A tak w ogóle – czy ESP da się wyłączyć, czy też nie – rzekomo ubezwłasnowolniony kierowca może wypaść poza tor każdym samochodem. Wystarczy, że będzie jechać nieodpowiedzialnie, elektronika nie potrafi bowiem zmienić praw fizyki. Ani dzisiaj, ani w przyszłości.

Auta luksusowe: ESP próbuje godzić komfort z dynamicznym zachowaniem na drodze
Od samochodów za takie pieniądze właściciele oczekują bezwzględnego bezpieczeństwa i najlepszych właściwości jezdnych. Nowoczesne systemy asystujące kierowcy mają pomóc w spełnieniu tych wymagań.
Lexus GS 450h F-Sport – ważąca 1,9 tony hybrydowa limuzyna – z niezwykłym spokojem i w bardzo wyważony sposób śmiga między rozstawionymi w różnych odległościach pachołkami wyznaczającymi kolejne próby slalomowe. Jednak rzut oka na czasy przejazdu pokazuje, że Audi A6 (mimo że jego nadwozie mocniej się przechyla) jest odrobinę szybsze od Lexusa. W A6 elektronika współdziała z napędem na cztery koła, rozdzielając moment napędowy indywidualnie do każdego z kół, co zapewnia samochodowi maksymalne właściwości jezdne w zakrętach. A6 bezpiecznie i sprawnie jeździ po suchej i po mokrej nawierzchni. Lexus zachwyca zachowaniem na suchej drodze, ale trochę rozczarowuje na mokrej. W tym drugim przypadku elektronika dopuszcza mocny poślizg podsterowny, pozwalając na uślizg w kierunku zewnętrznej krawędzi zakrętu. Gdy GS wpada w poślizg nadsterowny, ESP reaguje dość późno – w wypadku GS-a Japończycy najwyraźniej postawili na dynamikę jazdy.
Na mokrym ESP zapobiega gwałtownym reakcjom na zmiany obciążenia kół.	Na mokrym ESP zapobiega gwałtownym reakcjom na zmiany obciążenia kół	Na suchej drodze GS może jechać bardzo szybko i bardzo bezpiecznie.	Na suchej drodze GS może jechać bardzo szybko i bardzo bezpiecznie
Po dezaktywacji ESP moc silnika nie ulega zmniejszeniu.	Po dezaktywacji ESP moc silnika nie ulega zmniejszeniu	Chociaż układu nie da się odłączyć całkowicie, tryb „ESP off” pozwala na lekki drift.	Chociaż układu nie da się odłączyć całkowicie, tryb „ESP off” pozwala na lekki drift
Prawie niezauważalne dla kierowcy, bardzo wyważone działanie ESP; auto zachowuje stabilność i daje się łatwo kontrolować kierowcy. Długa droga hamowania na nawierzchni o różnej przyczepności.		Bardzo precyzyjne ingerencje elektroniki w testach dynamicznej jazdy na suchej drodze, bezpieczne zachowanie podczas jazdy z dużą prędkością. Nieco spóźniona reakcja ESP na poślizg nadsterowny na śliskiej nawierzchni.
Podsumowanie Obydwie limuzyny demonstrują zaawansowane działanie elektroniki, zwłaszcza na suchej drodze. Na mokrej Audi jedzie po obranym torze, a Lexus idzie efektownym bokiem.

Tak system walczy z poślizgiem
Zadanie elektronicznego systemu stabilizacji toru jazdy jest jasne – opanować samochód, który wymknął się spod kontroli kierowcy. Wyobraź sobie, że wjeżdżasz w zakręt i stwierdzasz, że przesadziłeś z prędkością albo jedziesz zwykłą asfaltową drogą, a tu nagle z lasu wybiega sarna tuż przed maskę Twojego auta. W każdej z tych sytuacji bardzo prawdopodobne, że wylądujesz z autem w rowie. Pomóc może ESP. Najpierw układ ten zmniejsza moc silnika, a jeśli to nie wystarczy, przyhamowuje poszczególne koła. W skrócie – jeśli w prawym zakręcie przyczepność do podłoża straciły tylne koła (poślizg nadsterowny) i zamiast się obracać ślizgają się po asfalcie, system zmniejsza prędkość obrotową przedniego koła znajdującego się po zewnętrznej stronie zakrętu poprzez jego przyhamowanie

1. Jeśli w prawym zakręcie przyczepność straciły koła przednie (poślizg podsterowny), wyhamowywane jest tylne koło auta, znajdujące się przy wewnętrznej krawędzi zakrętu

2. Dzięki temu koła, które straciły przyczepność mogą ją odzyskać i auto znowu będzie jechać tam, dokąd chciał kierowca. Nowoczesne systemy ESP potrafią każde koło przyhamować z różną, odpowiednio dobraną siłą. Próby przeprowadzone przez „auto motor i sport” wykazały, że istnieją dwa zasadnicze sposoby zestrajania ESP.

Według pierwszego, układ zmniejsza prędkość auta niemal do całkowitego zatrzymania.  ESP zestrojone według drugiej zasady ingeruje delikatnie, próbując utrzymać samochód na drodze przy jak najmniejszej utracie prędkości. Obydwa sposoby zwiększają bezpieczeństwo jazdy, ale który system jest lepszy?

Drugi. Testy wykazały, że ESP zestrojone finezyjniej także w ekstremalnej sytuacji zachowuje pewien spokój działania, nie zmuszając kierowcy do gwałtownych reakcji. A reakcje gwałtowne nie muszą przynieść pożądanego efektu, w końcu elektronika i tak skapituluje przed prawami fizyki. Niektórym samochodom nie udaje się utrzymać obranego kursu na nawierzchni o wyjątkowo słabej przyczepności. Nadal przodem wyjeżdżają poza zewnętrzną krawędź zakrętu, bo ESP za słabo przyhamowuje tylne koła.

Ale nawet autom z rzekomo bardziej zaawansowanym ESP zdarzały się wpadki podczas jazdy po okręgu na śliskim. Jeśli system skrojono pod kątem jak największej dynamiki jazdy, elektronika zostawiała kierowcy zbyt wiele wolnego pola, by na śliskim podłożu zapobiec okręceniu się auta wokół własnej osi.

Auto sportowe: Jak esp pomaga profesjonalistom osiągać lepsze czasy na torze
Porsche 911 Carrera z dwusprzęgłową skrzynią biegów i systemem torque vectoring zalicza kolejne okrążenia na małym torze w Hockenheim w poszukiwaniu odpowiedzi na pytanie, co daje ESP w sportowym aucie.
W 911, tak jak w innych modelach Porsche, uruchomienie funkcji „ESP off” oznacza, że system ESP nie próbuje już zapanować nad tyłem auta, wychylającym się poza idealny tor jazdy. Mimo to układ pozostaje aktywny tylko po to, żeby przyhamowując tylne koło znajdujące się po wewnętrznej stronie zakrętu zapewnić sportowemu autu jak najlepsze właściwości jezdne. Dzięki temu Porsche 911 z silnikiem o mocy 350 KM pokonuje małą pętlę na Hockenheimie zaledwie w 1.13,3 min. Poza tym zapewnia samochodowi jak najlepszą trakcję. Z kolei kierowca w samochodzie pędzącym z taką werwą może napawać się wściekłym brzmieniem silnika. A z włączonym ESP? W trybie Sport Plus Carrera 911 przejeżdża okrążenie w tym samym czasie (1.13,3 min). Wszystko dlatego, że ingerencja elektroniki dochodzi do skutku dopiero wtedy, gdy bez ESP samochód i tak jechałby wolniej. A ponieważ błędy za kierownicą zdarzają się również profesjonalistom, istnienie układu ESP nawet w ekstremalnie sportowym aucie ma sens.
ESP w Porsche pozwala szybciej pokonywać zakręty na torze wyścigowym.	ESP w Porsche pozwala szybciej pokonywać zakręty na torze wyścigowym	Bardzo precyzyjna i szybka jazda w zakrętach, ESP reaguje z wyczuciem i skutecznie zapobiega poślizgom podsterownym. Auto jest mało stabilne podczas hamowania na drodze o różnej przyczepności, wymaga czasami szybkich reakcji kierownicą.
Podsumowanie Porsche tak zestroiło ESP do Carrery, że daje ono dużą swobodę kierowcy nie tylko na torze, ale też poza nim. Wymaga to z kolei od kierowcy dobrego refleksu i dużych umiejętności.

Tak testowaliśmy
Miarą skuteczności ESP w testach przeprowadzanych przez „auto motor i sport” była prędkość, z jaką auta przejeżdżały slalom, wykonywały testy omijania przeszkody oraz ominięcia i powrotu na poprzedni tor jazdy. Ważne było też subiektywne wrażenie kierowców. Oprócz tego auta wykonywały test ominięcia przeszkody z równoczesnym hamowaniem, co pozwalało ocenić współpracę ESP i ABS, rozkład siły hamowania oraz jego skuteczność. Inne kryteria to stabilność i droga hamowania na drodze o różnej przyczepności oraz zachowanie podczas jazdy po okręgu, którego nawierzchnia była mokra.