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Technik: Regelelektronik im Sportwagen

Sportunterricht für ESP

Porsche 911 Carrera, Bremsstabilität Foto: Karl-Heinz Augustin 14 Bilder

Selbst für Supersportwagen gilt längst: Ohne die Regelelektronik ESP keine Jagd nach Bestzeiten. Jetzt zündet Bosch die nächste Stufe, die selbst Profis helfen soll, noch die eine oder andere Zehntelsekunde zu finden. sport auto wirft einen Blick in die Zukunft.

19.08.2013 Jens Dralle Powered by

Die Kälte beim diesjährigen 24h-Rennnen am Nürburgring half kaum gegen die erhitzen Gemüter: Erneut entbrannten lebhafte Diskussionen über Fahrdynamikregelsysteme, deren Sinn und Unsinn sowie über ein generelles Verbot. Auch in Bezug auf straßenzugelassene Sportwagen lässt sich ob dieses Themas schnell ein Disput entfachen, nicht wenige fordern die unbedingte Möglichkeit zum Abschalten. Eines bleibt allerdings unumstößlich: ESP, das elektronische Stabilisierungsprogramm, ist Pflicht – und zwar für alle. Welche Unterfunktionen die Hersteller nutzen und nach welcher Regelstrategie sie verfahren, bleibt dagegen ihnen überlassen.

Mehr als stabilisieren

Jetzt peitscht ein weitgehend serienmäßiger BMW 550i über das Testgelände von Bosch in Boxberg, in einer Region, die ebenso wenig für mediterrane Witterungsverhältnisse bekannt ist wie die Eifel. Das Wasser steht auf der Fahrdynamikfläche, und dennoch wedelt die gut zwei Tonnen schwere Limousine wie nebensächlich durch den 18-Meter-Slalom, lenkt direkt ein, wenngleich ein wenig untersteuernd. Knarzende Bremseingriffe? Abrupte Gaswegnahme? Fehlanzeige. Und dennoch arbeitet die Elektronik.

Dabei taucht speziell vor Fahrten auf abgesperrter Strecke die Mutter aller Fragen auf: Lässt sich das ESP komplett abschalten oder nicht? Nein, ESP ist nicht deaktivierbar – in keinem Fahrzeug, denn dazu bauen zu viele Systeme wie beispielsweise elektronisch simulierte Differenzialsperren oder die Vernetzung mit dem ABS auf der vorhandenen Hardware auf.

ESP reduziert Motorleistung und bremst Räder ab

Jene Funktion jedoch, für die diese Technologie Anfang der neunziger Jahre konzipiert wurde, lässt sich tatsächlich in vielen sportlichen Serienmodellen abschalten – der sogenannte Schleuderschutz. Dabei reduziert die Elektronik die Motorleistung und bremst gegebenenfalls einzelne Räder ab, um ein Fahrzeug bei einem Ausweichmanöver zu stabilisieren.

Der großen Mehrheit aller Autofahrer ist damit sicherlich gedient, doch es gibt Ausnahmen. „Einige Fahrer wissen aus Erfahrung, was in solchen Situationen zu tun ist. Ihnen kann die elektronische Regelung dann unter Umständen Probleme bereiten“, sagt Lars König, Fachteamleiter für Fahrdynamikregelsysteme bei Bosch Engineering. Er sitzt vergleichsweise entspannt auf dem Beifahrersitz und wischt munter mit dem Finger über seinen Tablet-PC.

Reaktion auf den Fahrer

Im selben Moment scheint der BMW beinahe rechtwinklig abbiegen zu wollen, lenkt viel direkter ein, zeigt erste Tendenzen zum Übersteuern. Das wäre dann also der Sport-Modus. Zur Erklärung: In dem 550i erprobt Bosch eine integrierte Fahrdynamik-Regelung. Sie kombiniert die vorhandene Bremsanlage, die ESP-Hardware sowie eine Hinterachslenkung mit einer neuen Regelstrategie. „Wir verfolgen hier das Prinzip der Vorsteuerung“, erklärt Gert Hägele, Produktbereichsleiter Chassis- und Fahrerassistenzsysteme.

Im Klartext: „Während bisherige Systeme auf das Verhalten des Fahrzeugs reagieren, also im Wesentlichen auf Unter- oder Übersteuern, soll nun die Aktion des Fahrer berücksichtigt werden.“ Je nach zuvor gewählter Einstellung zieht die Software Rückschlüsse aus dem Lenkimpuls, der Geschwindigkeit und dem Reibwert und passt Agilität, Balance, Lenkwinkelbedarf, Gierdämpfung und Stabilisierung entsprechend an.

Elektronik bremst nicht radikal ein, im Gegenteil

Das Konzeptfahrzeug schöpft übrigens noch längst nicht alle Möglichkeiten aus, denn über aktive Stabilisatoren, aktive Differenziale, eine aktive Vorderachslenkung und radindividuelle Elektromotoren lässt sich das Fahrverhalten noch präziser und individueller ausführen.

Klingt unheimlich? Für die Freunde mechanischer Differenzialsperren und Virtuosen der Hacke-Spitze-Technik vielleicht. Doch mit jedem gefahrenen Meter mehr im Bosch-BMW wird deutlich, dass die Elektronik nicht radikal einbremst, ganz im Gegenteil: Sie hilft, gezielt die Reserven des Fahrzeugs zu mobilisieren.

Dabei berücksichtigt sie sogar den individuellen Fahrstil, weil sich über die Stellhebel Stabilisierung, Balance und Lenkverhalten ein eigener Regelalgorithmus abspeichern lässt. Selbst einen speziellen Driftmodus hält die integrierte Fahrdynamik-Regelung bereit. Wildes Anpendeln oder heftige Gasstöße? Nicht nötig. Allein über einen zunehmenden Lenkwinkel beginnt der Fünfer munter zu übersteuern.

Sieben km/h schneller durch den 36 Meter-Slalom

Für Lars König liegt der Schlüssel neben der Software vor allem in der Hinterachs-Lenkung: „Bezüglich der Querdynamik kommt es speziell auf eine steife Hinterachse an, die hohe Seitenführungskräfte aufbauen kann. Daher kommen Metall statt Gummilager zum Einsatz, die einem Straßenauto jedoch jegliche Alltagstauglichkeit nehmen. Mit einer cleveren Steuerung der Hinterachslenkung können wir innerhalb einer Zehntelsekunde die gesamte Seitenführungskraft auf- oder abbauen“ – eine Eigenschaft, die sich beispielsweise der neue Porsche 911 GT3 zu Nutze machen will.

Und das Gewicht? Angeblich wiegen die Komponenten nur fünf Kilogramm. Gert Hägele kennt die Einwände der Sportfahrer-Fraktion: „Das klingt alles vielleicht unsportlich, doch es macht das Auto eben schneller.“ Wie schnell genau? Ingenieur König präzisiert: „In unseren Fahrversuchen erzielten wir mit dem BMW im 36-Meter-Slalom eine um sieben km/h höhere Durchschnittsgeschwindigkeit.“ Problematischer dagegen sind aktive Stabis, sie erhöhen das Gewicht um rund 80 Kilogramm.

Greift das ESP ein, wäre der Fahrer ohne auch nicht mehr schneller

In aktuellen Modellen ist ohnehin schon alles an Bord, was die integrierte Fahrdynamik-Regelung braucht – im Falle des BMW sogar die Hinterachslenkung – und selbst das genügt durchaus schon, um Sportwagen nicht am Schnellfahren zu hindern. So fegte ein Porsche 911 Carrera mit Doppelkupplungsgetriebe und Torque-Vectoring-Funktion im ESP-Sport-Modus ebenso fix über den Kleinen Kurs von Hockenheim wie mit einem deaktivierten Stabilisierungsprogramm – in 1:13,3 Minuten.

Der Grund: Die Elektronik erlaubt so viel Spielraum, dass sie erst eingreifen muss, wenn der Abflug oder zumindest ein abenteuerlicher Heckschwenk droht. Vereinfacht gesagt: Wenn das ESP eingreift, wäre der Fahrer ohne auch nicht mehr schneller.

Knackpunkt Dauerlast

Beim BMW M135i macht sich Elektronik anderweitig positiv bemerkbar: Selbst wenn die Stabilisierungsfunktion deaktiviert ist, simulieren Bremseingriffe am entlasteten Hinterrad eine Differenzialsperre. Mit einer Zeit von 1:15,7 Minuten lieferte der 320 PS starke Einser eine beachtliche Leistung ab. Andererseits stößt die Technik durch die starke Beanspruchung der Bremse spätestens im Rennbetrieb an ihre Grenzen, hier hilft nur noch ein mechanisches Bauteil.

Und die Hinterachslenkung? „Das sollte kein Problem sein“, sagt König. Doch im Motorsport sind die Vorteile der höheren Alltagstauglichkeit sekundär. „Daher würde ich hier eher ein elektronisch geregeltes Differenzial einsetzen“. Inzwischen trocknet der Handlingkurs in Boxberg ab, dennoch wirft der BMW 550i munter sein Heck in Richtung Kurvenaußenrand, einen Fingertipp später zieht die schwere Limousine stur und mild untersteuernd ihre Bahn. Noch immer wirkt das alles ein wenig unheimlich, ein bisschen auch deshalb, weil es den Spaß am Fahren durchaus erhöht. Die hitzigen Diskussionen um die Regelelektronik dürfte die neue Technologie hingegen kaum abschwächen.

Die wichtigsten Funktionen eines modernen ESP

Bremsen und Beschleunigen:

1. Trockenbremsfunktion
2. Präventiver Druckaufbau
3. Bremskraftunterstützung
4. Bremskraftverstärkung
5. Ersatz-Bremskraftverstärker
6. Fading-Kompensation
7. Bremskrafterhöhung hinten
8. Bremsruck-Vermeidung

Spezielle Stabilisierungs-Funktionen:

9. Untersteuer-Reduktion
10. Ladungsabhängige Kennlinie
11. Kippinstabilitäts-Vermeidung
12. Überschlag-Prävention
13. Anhängerstabilisierung

Kontrolliertes Fahren:

14. Stillstands-Bremsfunktion
15. Automatische Bremsfreigabe
16. Geschwindigkeitsregelung
17. Wählbare Beschleunigung
18. Kontrollierte Verzögerung
19. Stop-and-go-Funktion
20. Automatische Parkbremse
21. Bergabfahrhilfe
22. Berganfahrhilfe

Rundum-Sensorik:

23. Bremsdruck-Berechnung
24. Automatischer Druckaufbau
25. Automatische Vollbremsung
26. Automatische Warn-Bremse

Spezifische Antriebsmomenten-Verteilung:

27. Dynamische Moment-Verteilung
28. Gelände-Erkennung

Überwachung und Information:

29. Reifendruck-Überwachung

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