Elektronischer Schleuderschutz

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1 Elektronischer Schleuderschutz Zur ESP-Diagnose muss der Kfz-Profi die Informationen der einzelnen Sensoren kennen und auswerten Bei den heutigen Fahrzeugen kommt es immer mehr auf Fahrsicherheit in Grenzsituationen an, in denen der Fahrer oftmals überfordert ist. Wichtige Funktionen für die aktive Sicherheit bietet deshalb das ESP, gleichzeitig auch Fahrdynamik und -komfort. Das System ist eine Erweiterung und Verknüpfung des Antiblockiersystems (ABS) mit einer Antriebsschlupfregelung (ASR) und einer elektronischen Bremskraftverteilung (EBV). KRAFTHAND hat sich über Details dazu sowie über Diagnosegrundlagen informiert. Dem Kippen der A-Klasse von Mercedes-Benz Ende der 1990er-Jahre haben die Autofahrer einiges zu verdanken. Nach dem Elchtest-Desaster des Baby-Benz zog nämlich das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) aus der Luxusklasse zügig in die Kompakt- und Mittelklasse ein. Allerdings ist es noch immer keine serienmäßige Selbstverständlichkeit in Klein- und Kleinstfahrzeugen, beklagen unter an- Lenkbar beim Bremsen: Durch Unaufmerksamkeit kann es im Straßenverkehr zu gefährlichen Situationen kommen. ABS und ESP unterstützen den Fahrer, das Fahrzeug auch in kritischen Momenten sicher um Hindernisse lenken zu können. Bild: Bosch 12 Krafthand 13-14/2011

2 Fahrwerk Werkstattpraxis derem die Unfallforscher. Denn ein hoher Anteil von Unfällen im Straßenverkehr ist laut den Experten auf personenbezogenes Fehlverhalten zurückzuführen. Das Fahrzeug kann beispielsweise durch ein plötzlich auftauchendes Hindernis oder aufgrund überhöhter Geschwindigkeit in Grenzbereiche gelangen, in denen es sich nicht mehr sicher beherrschen lässt. Die auf das Fahrzeug wirkenden Querbeschleunigungskräfte erreichen Werte, die den Fahrer sehr schnell überfordern. Das elektronische Stabilitätsprogramm ESP (oder auch Electronic Stability Control ESC) gehört deshalb zur aktiven Sicherheit des Fahrzeugs. Es ist ein Regelsystem zur Verbesserung des Fahrverhaltens, das einerseits in das Bremssystem und anderseits in den Antriebsstrang eingreift. Durch automatisches und gezieltes Bremsen einzelner Räder wirkt es einem Schleudern des Fahrzeugs im Grenzbereich entgegen und sichert so dem Fahrer die Kontrolle über das Fahrzeug. Damit verhindert ESP sowohl das Übersteuern als auch das Untersteuern eines Fahrzeugs. Und durch die Funktionsintegration von ABS und ASR können die Räder beim Bremsen nicht blockieren und beim Anfahren nicht durchdrehen. Das Stabilitätsprogramm als Gesamtsystem vermeidet darüber hinaus, dass das Fahrzeug beim Lenken schiebt oder instabil wird und eventuell seitlich ausbricht, solange die physikalischen Grenzen nicht überschritten werden. Es baut auf den anderen Traktionssystemen, wie ABS, ASR und EBV, auf und beinhaltet auch deren Leistungsmerkmale. Dadurch wird der Fahrer entlastet, das Fahrzeug bleibt beherrschbar und das Unfallrisiko durch Überreaktion des Fahrers wird vermindert. Regelablauf Um ein Schleudern des Fahrzeugs zu verhindern, muss ein Fahrdynamiksystem wie ESP im Bruchteil einer Sekunde gezielt auf die Bremsen einwirken können. Deshalb vergleicht es rund 25 mal pro Sekunde den Fahrzustand mit dem Lenkverhalten des Fahrers. Ergeben sich aus den beiden Informationen Unterschiede, beziehungsweise fährt das Fahrzeug nicht dorthin, wohin der Fahrer lenkt, ergibt sich für das ESP eine kritische Fahrsituation. Es analysiert, denkt und handelt dann in einer Weise wie es kein Mensch kann. Es drosselt die Motorleistung und nutzt die Bremsanlage des Fahrzeugs, um es zu lenken. Kommt es beispielsweise zu einer Übersteuerung und das Fahrzeug neigt zum Schleudern, wird dem durch gezielten Bremseingriff am vorderen, kurvenäußeren Rad entgegengewirkt. Beim Untersteuern gleicht das System mit einem gezielten Eingriff in Bremssystem und Motormanagement diese Neigung aus. Dabei wird das hintere, kurveninnere Rad abgebremst. Der Bremsregeleinheit: Das aktive Sicherheitssystem besteht aus: Hydraulikaggregat mit angebautem Steuergerät, vier Raddrehzahlfühler, Lenkwinkelsensor und Drehratensensor mit integriertem Beschleunigungssensor. Seit Mitte 2010 ist die Generation 9 (Bild unten) in Serie und wiegt als kompakteste ESP-Variante nur noch 1,6 kg. Bilder: Bosch Vorgang wird als aktives Bremsen bezeichnet, weil es ohne Einwirkung des Fahrers geschieht. Dabei ist die eigentliche Aufgabe der Bremsanlage, das Fahrzeug zum Stehen zu bekommen, zweitrangig. Vorrangiges Ziel ist in diesem Moment, das Fahrzeug unter allen Umständen zu stabilisieren. Bei vielen Fahrzeugmodellen mit ESP lässt sich das System mit einem Schalter im Schalttafeleinsatz komplett abschalten oder zumindest bei niedriger Geschwindigkeit deaktivieren. Der Fahrer schaltet damit aber meist nur die ASR-Funktion ab. Allerdings ist das nur in sehr wenigen Situationen sinnvoll zum Beispiel beim Anfahren in tiefem Sand, Kies oder Schnee sowie beim Fahren mit Schneeketten und zum Betrieb des Fahrzeugs auf einem Leistungsprüfstand. Die im Steuerge- Krafthand 13-14/

3 rät integrierte Antriebsschlupfregelung würde hier nämlich das Freiwühlen der Räder verhindern, was in solchen Fällen aber gewollt ist. Je nach Fahrzeug schaltet sich das System durch Betätigen des Schalters oder Drücken des Tasters wieder ein. Grundsätzlich gilt: Sobald fester Boden unter dem Fahrzeug ist, sollte der Fahrer es wieder aktivieren. Vergisst er das Wiedereinschalten allerdings, reaktiviert sich das System bei einem erneuten Motorstart Detail: Das Hydraulikaggregat eines ESP- Systems besteht aus der Hydraulikeinheit (rechts) und der Elektronik. Bild: Bosch oder bei Überschreiten einer bestimmten Geschwindigkeit von selbst. Bauteilefunktion und Diagnose Das Steuergerät arbeitet mit einem leistungsfähigen Mikrocomputer. Da der Fahrzeughersteller eine hohe Fehlersicherheit verlangt, besteht das System aus zwei Rechnereinheiten sowie einer eigenen Spannungsüberwachung und einer Schnittstelle zur Diagnose. Die beiden Rechnereinheiten benutzen identische Software zur Informationsverarbeitung und überwachen sich gegenseitig. Bei solchen doppelt ausgelegten Systemen spricht man von aktiver Redundanz. Bei dem sehr unwahrscheinlichen Gesamtausfall des Steuergeräts steht dem Fahrer nur noch das normale hydraulische Bremssystem ohne ABS, EBV, ASR und ESP zur Verfügung. Die Eigendiagnose erkennt Fehler in der Spannungsversorgung und ein defektes Steuergerät. Für Pkw-ABS-Anlagen werden als Drehzahlsensoren häufig induktive Drehzahlgeber verwendet. Diese sind an einer Halterung im Achsschenkel oder in der Bremsankerplatte befestigt. Dadurch hat der Sensor einen fest vorgegebenen Abstand zum Sensorrad. Dieses ist entweder auf der Radnabe befestigt oder sitzt direkt auf der Antriebswelle und induziert durch die vorbeilaufenden Zähne eine Wechselspannung. Diese Spannung kann der Kfz-Profi mit einem Multimeter oder Oszilloskop messen. Die Frequenz und die Höhe der Wechselspannung ist jedoch von der Raddrehzahl abhängig. Elektronisches Stabilitätsprogramm ESP Die Komponenten des elektronischen Stabilitätsprogramms ESP von Bosch 1 ESP-Hydroaggregat mit integriertem Steuergerät 2 Raddrehzahlsensoren 3 Lenkwinkelsensor 4 Drehratensensor mit integriertem Beschleunigungssensor 5 Steuergerät für Motormanagement zur Kommunikation Einbauorte: Mit vielen Sensoren erkennt das ESP, ob das Fahrzeug den Lenkbefehlen folgt. Bild: Bosch 14 Krafthand 13-14/2011

4 Eingriff: Das System erkennt beginnende Schleuderbewegungen, wirkt diesen aktiv entgegen und das Fahrzeug bleibt sicherer in der gewünschten Spur. Bild: Bosch Eine weitere Art von Raddrehzahlsensoren wird als aktive Sensoren bezeichnet und findet zunehmend beim Bestimmen der Raddrehzahlen aktueller Fahrzeugmodelle Verwendung. Die Bezeichnung aktiv bezieht sich auf eine notwendige Spannungsversorgung der Sensoren, die bei den Induktivgebern Klein und leistungsfähig: Die bislang separat verbauten Sensoren zur Messung der Querbeschleunigung und Drehrate sind jetzt in das Steuergerät des ESP (rechts) integriert. Im Bild oben eine Ausführung des Drehratensensors von Bilder: Bosch nicht notwendig ist. Hauptbauteil des Sensors ist ein sogenannter Hall-IC. Hier übernehmen Magnete die Funktion der Zähne des Impulsrades, die ihre Polarität wechselweise auf der Lesespur ändern. Das heißt: Verändert sich die magnetische Umgebung des Sensors, ändert sich im gleichen Maß die Hallspannung, weil sich der Widerstand im Hall-IC ändert. Die Hallspannung wird anschließend im Sensor weiterverarbeitet. Im Gegensatz zu den induktiven Sensoren ist die auszuwertende Spannung unabhängig von der Raddrehzahl. Die Messung ist vom Werkstattfachmann bis zum Radstillstand möglich. Der Radlagerhersteller hat durch das kleine Bauvolumen die Möglichkeit, den aktiven Sensor am oder im Radlager einzubauen. In diesem Fall sind die Magnete an der Dichtscheibe des Radlagers angeordnet. Die Information zur Drehrichtung der Räder benötigt das Steuergerät für die sogenannte Hillholder -Funktion. Diese Einrichtung verhindert ein Zurückrollen des Fahrzeugs beim Anfahren am Berg durch gezieltes Abbremsen. Die Funktion der Raddrehzahlsensoren erfasst die Eigendiagnose und legt mögliche Fehlereinträge im Fehlerspeicher ab. Der Lenkwinkelgeber sitzt meist auf der Lenksäule zwischen Lenkstockschalter und Lenkrad. Außerdem ist darin der Rückstellring mit Kontaktspirale für den Airbag integriert und befindet sich an dessen Unterseite. Der Geber übermittelt den Winkel des Lenkradeinschlags an das Steuergerät. Das System erfasst einen Winkel von ± 720, das entspricht vier vollen Lenkradumdrehungen. Bei einem Defekt des Lenkwinkelsensors bekommt das ESP keine Daten von der gewünschten Fahrtrichtung und das System fällt aus. Der Kfz-Mechatroniker muss bei einem Ausfall der Batterie möglicherweise den Lenkwinkelsensor neu initialisieren. Der Geber für Querbeschleunigung ermittelt, ob und wie stark seitlich auftretende Kräfte versuchen, das Fahrzeug aus seiner beabsichtigten Bahn zu bringen. Aus physikalischen Gründen ist er immer möglichst nahe am Fahrzeugschwerpunkt eingebaut. Fällt er aus, kann das Steuergerät nicht mehr den Ist-Fahrzustand errechnen und die ESP-Funktion ist lahmgelegt. Der Geber besteht aus einem Dauermagneten, Hallgeber, Dämpferplatte und einer Feder. Dauermagnet, Feder und Dämpfer bilden zusammen ein Magnetsystem. Der Magnet ist fest mit der Feder verbunden und kann über der Dämpferplatte hin und her schwingen. Wirkt jetzt auf das Fahrzeug eine Querbeschleunigung ein, bewegt sich die Dämpferplatte unter dem Dauermagneten hinweg, der allerdings aufgrund seiner Massenträgheit diese Be- 16 Krafthand 13-14/2011

5 Druckwächter: Der Bremsdruckgeber sitzt an der Hydraulikpumpe und meldet dem Steuergerät den aktuellen Bremskreisdruck. Bild: Guranti Fahren Sie schon online? wegung erst verspätet mitmacht. Durch die Bewegungen entstehen in der Dämpferplatte Wirbelströme, die ein Gegenfeld zum Magnetfeld des Dauermagneten aufbauen. Die daraus resultierende Abschwächung des Gesamtmagnetfelds bewirkt eine Änderung der Hallspannung. Je stärker die Bewegungen sind, um so mehr wird das Gesamtmagnetfeld abgeschwächt und um so mehr ändert sich die Hallspannung. Über drei Leitungen ist der Geber mit dem Steuergerät verbunden. In der Eigendiagnose kann der Kfz-Profi feststellen, ob eine Leitungsunterbrechung besteht oder ein Kurzschluss nach Plus oder Masse vorliegt. Weiterhin erkennt das System einen defekten Sensor. Der Geber für die Drehrate stammt eigentlich aus der Raumfahrttechnologie. Er stellt fest, ob an einem Körper Drehmomente wirken. Je nach Einbaulage lässt sich so ein Drehen um eine der Raumachsen feststellen. Im ESP- System ermittelt der Geber, ob sich das Fahrzeug um die Hochachse dreht. Auch dieser Sensor sollte möglichst dicht am Schwerpunkt des Fahrzeugs liegen. Allerdings kann das Steuergerät ohne die Messung der Drehrate nicht den Ist- Fahrzustand errechnen und in der Folge fällt die ESP- Funktion aus. Bei neueren Systemen werden jedoch die beiden Sensoren für Querbeschleunigung und Gierrate in einem Gehäuse zusammengefasst. Der Geber für Bremsdruck meldet dem Steuergerät den aktuellen Druck im Bremskreis. Daraus errechnet das Steuergerät die Radbremskräfte und damit die Längskräfte, die auf das Fahrzeug einwirken. Wird jetzt ein ESP-Eingriff notwendig, bezieht das Steuergerät diesen Wert zur Berechnung der Seitenführungskräfte ein. Beim Ausfall des Gebers kann das System ohne aktuelle Bremsdruckwerte die Seitenführungskräfte nicht mehr korrekt berechnen und das ESP fällt aus. Im Fehlerspeicher kann der Kfz- Fachmann feststellen, ob eine Leitungsunterbrechung oder ein Kurzschluss nach Plus oder Masse vorliegt. Auch hier erkennt das System, ob der Sensor defekt ist. Grundsätzlich wird eine Fehlfunktion im Schalttafeleinsatz durch Leuchten der Kontrolllampe für ASR/ESP angezeigt. Rudolf Guranti Rund 30 Millionen Autofahrer in Deutschland nutzen das Internet. Informieren und gewinnen Sie potenzielle Kunden online mit einer eigenen Homepage. Wir bieten professionelle Websites in modernem Design und helfen Ihnen dabei, die Inhalte stets interessant und aktuell zu halten damit Ihre Kunden Sie im weiten WWW finden. Mehr Informationen zu den Konzeptwebsites der ATR SERVICE GmbH im Internet unter: ATR SERVICE GmbH Otto-Hirsch-Brücken Stuttgart