Mechatronische Komponenten

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ABS
Das Antiblockiersystem (Abk.: ABS) ist ein in Verkehrsmitteln verwendetes technisches System, das bei starkem Bremsen und Blockierneigung der Räder den Bremsdruck in kurzen Intervallen reduziert und dann durch eine Hochdruckpumpe den Bremsdruck wieder aufbaut.

ABS baut auf der physikalischen Erkenntnis auf, dass eine maximale Bremsverzögerung kurz vor dem Blockieren erreicht wird, wenn also die Radreifen gerade eben noch auf der Fahrbahn haften. Wenn diese Grenze überschritten wird, die Räder also nicht mehr abrollen, sondern auf der Fahrbahn gleiten, dann wird das Fahrzeug nur mehr über die Gleitreibung abgebremst, die typischerweise um 20 % unter der Haftreibung liegt. Überdies kommt es beim Blockieren zu einseitigem Abrieb am Reifen, das Fahrzeug ist kaum noch steuerbar, und ungeübte Fahrer reagieren in dieser Situation selten richtig (richtig wäre, die Bremskraft unverzüglich zu reduzieren, bis die Räder wieder mitdrehen). ABS reguliert die Bremskraft so, dass sie stets unter der Schwelle zum Blockieren bleibt.

Beim ABS befindet sich an jedem der vier Räder des Pkw/Lkw ein Sensor, um die Drehzahl des Rades zu messen. Die Informationen werden an ein Steuergerät weitergeleitet. Kurz bevor ein Rad bei starkem Bremsen blockiert, wird an diesem Rad der Bremsdruck so lange reduziert, bis das Rad wieder rollt, danach wird der Bremsdruck wieder erhöht. Die Intervalle richten sich je nach System und Hersteller, beim Pkw typischerweise 8 - 12 pro Sekunde, bei Motorrädern bis 15 pro Sekunde. Das Antiblockiersystem wird systembedingt unterhalb einer Fahrgeschwindigkeit von 6 km/h abgeschaltet.

Neuere Versionen des ABS übernehmen auch die Bremskraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse (4-Kanal-Systeme) und ersetzen damit früher übliche mechanische Regler (Bremskraftverteiler), die teilweise noch bei Lkw verbaut werden. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile:

Optimale Ausnutzung des Kraftschlußbeiwertes an beiden Achsen - incl. diagonaler Radlasten, das sich mit mechanischen Reglern nicht optimal darstellen ließ.
Schon bei leichten Bremsungen wird die Hinterachse mitgebremst und ein bekanntes Problem beseitigt: Bei der mechanischen Bremskraftverteilung konnte es vorkommen, dass die Bremsscheiben an der Hinterachse zu selten durch eine Bremsung gereinigt wurden und so Korrosion an der Oberfläche oder Schmutz die Bremswirkung reduzierte.

Weiterhin gehört auch die Notraderkennung zu neueren Systemen, da im Falle einer Vollbremsung mit Notrad an diesem andere Drehzahlen anliegen.

Inzwischen wird das ABS zunehmend durch ESP ergänzt.

ESP
ESP ist die Abkürzung für Elektronisches Stabilitätsprogramm, (engl.: Electronic Stability Program). Andere Bezeichnungen sind DSC (bei BMW) und PSM (bei Porsche).

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, gleicht das System permanent (bis zu 150mal pro Sekunde) den Fahrerwunsch mit dem Fahrzustand ab. Der Lenkwinkelsensor liefert den Fahrerwunsch. Motormanagement, die ABS-Drehzahlsensoren und der Gierratensensor (Gierrate, Querbeschleunigung) liefern die Signale zur Interpretation des Fahrzeugverhaltens. In Folge dessen wird ein Übersteuern durch Abbremsen des kurvenäußeren Vorderrades, Untersteuern hingegen durch Abbremsung des kurveninneren Hinterrades korrigiert.

Zusätzlich kann ESP - je nach Version - auch die Motorleistung drosseln um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern. Inzwischen werden die ESP-Systeme auch mit einer Traktionskontrolle verbunden, die ein durchrutschendes Antriebsrad abbremst und so das Antriebsmoment auf das andere Rad überträgt. 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 "stört". Dazu gehört das sportliche Driften in Kurven, schnelles Beschleunigen (Kavalierstart) und das Fahren im Grenzbereich allgemein. Hier bemerkt der Fahrer vor allem den Motoreingriff, der in manchen Fahrsituationen auch zum automatisierten "Abwürgen" des Triebwerks führen kann. Daneben eignet sich ESP auch dazu, das Eigenverhalten schlechter Fahrwerke vor dem Kunden zu verbergen.

Aus diesen Gründen ist die Aktivierungsschwelle abhängig von der Markenphilosophie des jeweiligen Herstellers, beispielsweise sehr frühe Aktivierung bei Mercedes und sehr späte Aktivierung bei Porsche. Daneben lässt sich ESP bei manchen Herstellern ganz abschalten, 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 drei Sekunden deaktiviert das DSC/ESP bis zum Neustart). 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.