ESP UVOD

Jedan od najčešćih uzroka saobraćajnih nesreća je gubitak kontrole nad vozilom. Nepisano pravilo govori da je glavni krivac fizika, tačnije prevazilaženje njenih limita. Kada se oni prekorače, vozač teško može nešto da uradi i uglavnom reaguje suprotno od onog što bi trebalo. U tom trenutku na scenu stupa ESP. Brz razvoj elektronskih komponenti i njihova ugradnja u automobile u velikoj mjeri doprinose uvećanju aktivne sigurnosti. Jedan od (pod) sistema koji nadležne institucije predlažu za uvrštavanje u serijski paket opreme svih vozila je i pomenuti program za elektronsku kontrolu stabilnosti.

Nakon sigurnosnih pojaseva (Ford, 1955.), vazdušnih jastuka (GM, 1974.) i ABS sistema (Bosch i Mercedes-Benz, 1978.), prije desetak godina se došlo do još jednog velikog pronalaska koji pomaže u kritičnim situacijama. To je patent kompanije Bosch, originalno nazvan „Elektronisches Stabilitätsprogramm“ (ESP). Vrlo brzo su svi svjetski proizvođači uvidjeli efikasnost tada novog sistema i počeli su isti, u različitim varijantama, da ugrađuju u svoje serijske automobile. Otuda i veliki broj različitih naziva za njega, kao npr. VSC (Vehicle Stability Control, Toyota), CST (Controllo Stabilita, Ferrari), DSC (Dynamic Stability Control, BMW i MINI) itd. To je u suštini sve jedan te isti sistem, koji je jednostavne konfiguracije, ali izuzetno složene mehanike i elektronike.

U ovom radu će se pokušati objasniti neke osnove revolucionarnog ESP-a. U suštini, sistem elektronske stabilnosti (ESP) pomaže vozaču u gotovo svim kritičnim situacijama. Ujedinjuje funkcije sistema protiv blokiranja točkova (ABS) i sistema protiv proklizavanja točkova prilikom naglog kretanja (TCS), ali može i znatno više. Prepoznaje proklizavanje vozila te ga aktivno nastoji spriječiti, čime se značajno poboljšava sigurnost u vožnji. Svjetska istraživanja pokazuju da ESP može znatno smanjiti mogućnost stradavanja u ozbiljnim nesrećama ili nesrećama s tragičnim posljedicama u kojima sudjeluje jedno vozilo.

HISTORIJSKI RAZVOJ SISTEMA

Godine 1987, najraniji inovatori ESP sistema, Mercedes-Benz i BMW, predstavili su svoj prvi sistem kontrole proklizavanja. Kontrola proklizavanja radila je djelovanjem na pojedinačne točkove kočenjem i dodavanjem gasa kako bi se očuvala vuča vozila prilikom ubrzavanja, no za razliku od ESP-a nije bila dizajnirana za pomoć vozaču u upravljanju. 1990.godine ovaj sistem dobija ime TCL i razvija se u Mitsubishi-jeve moderne (ActiveSkid and Traction Control) ASTC sisteme. Razvijeni su kako bi pomogli vozaču održati putanju pri kretanjima u krivinama, nešto kao putno računalo koje prati nekoliko radnih parametara vozila kroz korištenje raznih senzora.

Kada se previše gasa koristi prilikom kretanja u krivinu, snaga motora i kočenje su automatski regulirani kako bi se osigurao pravilan put kroz datu krivinu i osigurala odgovarajuća količina vuče za različite uvjete na putu. Za razliku od konvencionalnih sistema koji su bili opremljeni samo sa funkcijom kontrole proklizavanja, Mitsubishi je razvio TCL sistem koji je imao preventivno (aktivno) sigurnosno značenje. Ovo je poboljšalo mogućnost očuvanja putanje tako što automatski podešava

vuču odnosno snagu, a time onemogućuje razvijanje prekomjernog bočnog ubrzavanja. Ovaj sistem, iako nije onaj “pravi“ moderni stabilnosni sistem kontrole, on ipak prati ugao upravljanja, položaj gasa kao i položaj i brzinu pojedinačnih točkova, i nema krivudanja. Standardni TCL sistem je pomagao u savladavanju krivina na klizavim površinama.

Od 1987 do 1992, Mercedes-Benz i Robert Bosch u kooperaciji su razvili sistem koji se zove Elektronisches Stabilitätsprogramm (Ger. "Electronic StabilityProgram" zaštićeni kao ESP), lateralni sistem kontrole proklizavanja, Elektronička kontrola stabilnosti (ESC). BMW, u suradnji s Robert Boschom i Continental Automotive Systems, je razvio sistem za smanjenje obrtnog momenta s ciljem smanjenja gubitka kontrole i to su primijenili na sve BMW linije modela za 1992 godinu. U saradnji sa Delphi Corporation, GM (General Motors) predstavlja vlastitu verziju ESP-a, pod imenom „StabiliyTrak“ 1997.godine na odabranim modelima Cadillac-a. Ovaj naziv za ovakve sisteme se koristi na američkom tržištu, dok na evropskom tržištu ovi sistemi i dalje nose nazive ESC ili ESP, kako gdje, ovisno o proizvođaču vozila postoje i brojni drugi nazivi.U suradnji s Mercedes-Benzom, Bosch je osmislio program elektronske stabilnosti i pripremio ga za serijsku proizvodnju pa je time prva tvrtka koja ga je plasirala na svjetsko tržište, ugrađenog u klasu S godine 1995. Iste godine, BMW dobija ovaj sistem od Bosch-a i ITT Automotive-a (kasnije preuzeo Continental Automotive Systems). Volvo je počeo nuditi ESP na nekim od njihovih modela 1998.god na modelu S80, a Toyotin sistem za kontrolu stabilnosti vozila pojavio se na Crown Majesta modelu 1995.godine.

U narednim godinama, stručnjaci su usavršili taj sistem i nadogradili ga dodatnim funkcijama. Te funkcije pomažu kod kretanja uzbrdo, sprečavaju zanošenje prikolica te smanjuju rizik od preokretanja kombija. Zbog raznih izmjena, Bosch je proširio svoju najnoviju tehnologiju ESP na grupu proizvoda. Trenutno najnapredniji dio te grupe je ESP premium. S jedne je strane vrlo tih, a s druge iznimno brzo razvija pritisak kočenja. Proširujući ESP na softverske funkcije koje posjeduje sistem dinamičke kontrole (VDM), Bosch je proizveo sistem koji se može umrežiti sa sistemom za upravljanje i sistemom podvozja. Na taj način nove funkcije dodatno poboljšavaju sigurnost i okretnost vozila.

1997.godine, Mercedes-Benz je povukao sa tržišta i nadogradio 130.000 automobila A-klase s ESP-om. Ovo je uzrokovalo značajnim smanjenjem broja sudara, a broj vozila sa ESP-om je povećan. Danas gotovo svi vodeći brandovi imaju standardne ESP opreme na svim vozilima, a broj modela sa ESP-om i dalje raste. NHTSA zahtijeva da sva putnička vozila budu opremljena ESC-om do 2012.godine i procjenjuje se da će to spriječiti 5.300-9.600 godišnje smrtno stradalih.

Slika 1: Izgled ugrađenog ESP sistema

1. PROGRAM ZA ELEKTRONSKU KONTROLU STABILNOSTI

Elektronička kontrola stabilnosti (ESP) je kompjuterizirana tehnologija koja poboljšava sigurnost vozila na taj način što mu poveća stabilnost kao i otkrivanje i umanjenje klizanja. Kada ESP otkrije gubitak kontrole upravljanja, automatski aktivira kočnice kako bi se vozilo kretalo u smjeru u kojem vozač ima namjeru ići. Kočenje se automatski primjenjuje na pojedinačne točkove, kao što su vanjski prednji točkovi u borbi protiv naglog skretanja ili unutrašnji zadnji točak protiv nedostatka upravljanja. Neki od ESP sistema mogu i smanjiti snagu motora dok se kontrola ne povrati. Prema IIHS i NHTSA, jedna trećina od fatalnih nesreća mogla se je spriječiti primjenom ove tehnologije.

ABS, kontrola proklizavanja pogonskih točkova i kontrola stabilnosti, danas čine jedinstven sistem. Njihovi senzori prate namjere i reakcije vozača, ugao upravljača, poziciju papučice gasa, brzinu kojom se pritiska pedala kočnice, zatim odziv vozila na komande, eventualno otklizavanje usljed dejstva inercijalnih sila, zanošenje i brzine svakog od točkova. Senzor za detekciju pomjeranja vozila koja odstupaju od unaprijed zadatih vrijednosti, smješten je u težištu. U zavisnosti od trenutnih parametara ESP sistem proračunava koji je od točkova potrebno usporiti kočenjem ili redukcijom obrtnog momenta ne bi li se uspostavila ravoteža. Brojna ispitivanja su potvrdila efikasnost ESP sistema u zadržavanju vozila na zamišljenoj putanji. Efekat uređaja je najuočljiviji prilikom izbjegavanja iznenadne prepreke na (klizavom) putu. Vozilo opremljeno ESP-om će, u većini slučajeva, prepreku zaobići bez zanošenja, dok će se isti takav automobil bez asistencije elektronike oteti kontroli i završiti, u najboljem slučaju, pored puta.

Slika 2: Simbolički prikaz upotrebe ESP

Proizvođači automobila i njihovi dobavljači obavljaju više stotina testova prilikom razvijanja ESP sistema za svoja vozila. Nastoje osigurati da sistem radi u svim uvjetima: različite brzine i uvjeta na cesti, kao i različiti manevri ali i vozačev odgovor. Na osnovu takvih ispitivanja i određenih crash-

testova, postoji program na nivou EU koji se bavi ocjenjivanjem i uspoređivanjem vozila sa aspekta sigurnosti, a to je Euro NCAP. No, Euro NCAP nema sredstva kako bi ponovio sve proizvođačeve testove kako bi utvrdili koliko dobro sistem obavlja svoju zadaću, no trenutno ne postoji test koji može dopustiti da će zaključci o sigurnosti koju pruža ESP sistem vjerovatno pomoći u stvarnom životu.

Slično tome, analiza nesreća u stvarnom životu ne može razlikovati između sigurnosti koju nude različite vrste sistema, već samo možemo zaključiti kako automobili opremljeni ESP sistemom sudjeluju u manje nesreća. ESP sistem testiran je na primjerima dvostrukog manevra prestrojavanja pri brzini od 80km/h uz nagle rotacije volana do 270 stepeni.

Kada je u pitanju opremljenost vozila po proizvodnji i ocjenjivanje vozila, tada se može reći da oprema vozila varira uveliko između različitih europskih zemalja kao i različitih kategorija vozila. Za bolje opremljena vozila Euro NCAP sada daje 3 boda ukoliko ESP dolazi kao standardna oprema u testiranim modelima ili ako je opcija u svakoj verziji opreme, a proizvođač očekuje prodaju od najmanje 85% automobila s sistemom ESP-a kao standardnom opremom. Minimalni postotak povećao se na 90% u 2010., a u 2011. do 95%. Do 2012. Euro NCAP ocijenit će i nagraditi samo vozila koji u opremi imaju serijski ugrađen sistem na svim modelima.

Različiti proizvođači koriste različite nazive za ovaj sistem. Elektronska kontrola stabilnosti ili ESC je generički naziv priznat od strane Udruženja automobilskih inženjera i drugih autoriteta na području saobraćaja. ESP je zaštitni znak kompanije Robert Bosch GmbH, i koristi se samo na vozilima koja ugrađuju elektronsku kontrolu stabilnosti ovog proizvođača.

Pregled različitih naziva koji se koriste za ESP kod različitih proizvođača automobila dat je u sljedećoj tabeli:

Kratica za ESC

Originalni naziv Proizvođači vozila

ESP Electronic Stability ProgramAudi, Chrysler, Citroen, Dodge, Diamler, Fiat, Ford, Hyundai, Holden, Jeep, Kia, Mercedes-Benz, Opel, Pegout, Renault, Seat, Škoda, Smart, Suzuki, Vauxhall, Volkswagen

VSA Vehicle Stability Assist Acura, Hyundai, HondaVDA Vehicle Dynamic Control Alfa Romeo, Fiat, Infiniti, NissanST StabilityTrack Buick, Chervolet, Cadilac, General Motors, Pontiac, Saturn,

DSC Dynamic Stability Control BMW, Jaguar, Mazda, MINI, Rover, Subaru, Volvo (DSTC)

CST Controllo Stabilita FerrariAT AdvanceTrac Lincon, Mercury

Tabela 1: Prikaz različitih naziva za ESP

Postoji veliki broj naziva za ESC, međutim, svrha i način rada su im isti. Najveći proizvođači ESC sistema su: Robert Bosch GmbH, TRW, Continental Automotive Systems, Delphi, Advics, Nissin Kogyo, Hitachi, Mando Corporation, Bendix Corporation, WABCO i drugi.

1.1. Princip rada ESP

Princip djelovanja ESP sistema se zasniva na tome što kočenjem pojedinih točkova, utiče na kretanje i zanošenje vozila. Ovaj elektronski program stabilnosti nastoji, da održi automobil stabilnim u svim uslovima vožnje. Ono što je njega proslavilo i etiketiralo kao vrlo efikasnim jeste funkcionisanje u ekstremnim, kritičnim situacijama. ESP ima mogucnost ispravljanja grešaka vozača i reaguje umjesto njega u potencijalno opasnim situacijama na putu. Primarna namjena je održavanje putanje vozila, dakle, eliminacija bilo kakvog proklizavanja, „pod“ ili „nad“ upravljanja (understeer i oversteer), a to se postiže uklapanjem u postojeće ABS i TCS sisteme. ESP praktično nije nezavisan sistem, već se sastoji i iz više drugih. Samo simultani rad ABS, TCS, ECU i ESP dijelova može dati rezultat, gdje se može pridodati još i BA (Brake Assist) i EBD (Electronic Brakeforce Distribution) sisteme kao relevantne. Osnova svega jeste da ESP kontroliše rad kočnica i motora vozila. Rad kočnica se kontroliše prije svega putem ABS-a, ali i svih njegovih pridružnih sistema (BA, EBD itd.).

Shvatanje uticaja sistema stabilnosti vozila je vrlo jednostavan – zamislite da se vozite na sankama niz strm nagib prekriven snijegom. Na onim obicnim sankama, naravno, nemate volan i praktično morate upravljati putem nazovi „ESP principa“. Da bi skrenuli lijevo morate spustiti lijevu ruku u snijeg i napraviti otpor o podlogu, logično, obrnuto za suprotnu stranu. Tako vi praktično kočite lijevom, odnosno desnom stranom vašeg „vozila“ i mijenjate mu pravac kretanja. Slična stvar se odvija i u automobilu koji je opremljen ESP-om. On, na osnovu velikog broja podataka iz nekoliko senzora, kroz ECU u trenutku odlučuje koji točak, tj. koji točkovi i sa koje strane trebaju da koče kako bi vozilo što efikasnije održalo svoju inicijalnu putanju.

Elektronska kontrola stabilnosti, dakle, radi na taj način što uspoređuje pravac kojim se vozač namjerava kretati (tako što mjeri ugao kola upravljača) i stvarni pravac koji se kreće vozilo (tako što mjeri poprečno ubrzanje i ugao rotacije vozila). Ukoliko sistem otkrije da se vozilo kreće u pravcu koji mu nije zadao vozač preko točka upravljača sistem reagira tako što ciljano koči pojedine točkove na prednjoj ili zadnjoj osovini i/ili oduzima suvišnu snagu motora da bi se ispravilo podupravljane ili preupravljanje koje je nastalo. Elektronska kontrola stabilnosti u ABS sistem inkorporira i sistem za kontrolu ugla rotacije. Pod uglom rotacije podrazumijeva se rotacija oko vertikalne ose npr. zanošenje vozila ulijevo ili udesno.

Slika 3: Rad sistema ESC-a

Ako vozač, kao što je prikazano na prethodnoj slici, pokuša ući u krivinu prevelikom brzinom, pri djelovanju na točak upravljača odnosno pri pokušaju skretanja u krivinu vozilo će nastaviti sa klizanjem unaprijed. ESP će ustanoviti da ovo nije putanja kojom se vozač namjeravao kretati i primijenit će kočnicu na unutarnjem zadnjem točku što će omogućiti vozilu da zadrži zadanu putanju, ukoliko brzina vozila nije bila pretjerano velika. Ukoliko se vozilo i dalje kreće prevelikom brzinom, primijenit će se prednja vanjska kočnica kako bi se osigurao siguran prolazak kroz krivinu.

U sistem ESP-a se vrlo često inkorporira i kontrola trakcije koja oduzima suvišnu snagu koja je data pogonskim točkovima i tako sprječava njihovo proklizavanje. Potrebno je napomenuti da se ni sa sistemom ESP-a ne mogu poništiti fizikalni zakoni kojima vozilo podliježe, i ukoliko vozač pređe određenu granicu ESP neće moći pomoći i doći će do nezgode. ESP može raditi na bilo kojoj podlozi, od suhog terena do smrznutog jezera. On reagira i ispravlja proklizavanja mnogo brže i učinkovitije od bilo kog vozača, često prije nego li je vozač svjestan bilo kakve neposredne greške gubitka kontrole. U stvari, to je dovelo do zabrinutosti da bi se vozači tokom vožnje mogli opustiti zbog samouvjerenosti i pouzdanosti u vlastite vozačke sposobnosti, zasnovane na djelovanju ESP sistema. Iz tog razloga, ESP sistemi će obično obavijestiti vozača kad su intervenirali, tako da vozač zna da su granice vozila narušene. Kod većine se aktivira svjetlo na instrument-tabli kao pokazatelj ili se aktivira ton dojave.

Doista, svi proizvođači ESC-a ističu da sistem nije poboljšanje performansi, niti zamjena za vježbe sigurne vožnje, već sigurnosna tehnologija koja pomaže vozaču u oporavljanju stanja vožnje u opasnim situacijama. ESC ne povećava prianjanje, tako da ne omogućuje bržu vožnju u zavojima (iako to može olakšati bolja kontrola u zavojima). Općenitije, ESC radi u inherentnim granicama odnosno radi u dopuštenim granicama vuče koja se manifestuje između guma i ceste. Bezobzirnim manevrom i dalje se mogu prelaziti ta ograničenja, što rezultira gubitkom kontrole. Na primjer, u slučaju

akvaplaninga, točkovi kojeće koristiti ESC mogu biti izvan dodira sa cestom tako da će se efekat smanjiti.

1.2. Preupravljivost i podupravljivost

Da bi se razumjelo kako sistem funkcioniše, potrebno je objasniti u kojim situacijama on djeluje, odnosno šta ovaj sistem sprječava sa aspekta dinamike kretanja vozila. Prilikom kretanja kroz zavoje, moguće su tri situacije:

- Neutralno stanje kretanja vozila;

- Preupravljivost;

- Podupravljivost.

Pretpostavka je da se vozilo na slici ispod kreće pravolinijski. Pod dejstvom bočne sile S u težištu automobila T pojavit će se bočne reakcije tla Y1 - naprijed i Y2 – nazad. Točkovi vozila odstupit će od svog prvobitnog pravolinijskog pravca. Označit ćemo sa δ1 ugao skretanja prednjih točkova a sa δ2 ugao skretanja zadnjih točkova. Očigledno je da će se za δ1=δ2=δ vozilo pri kretanju premještati po pravoj koja zaklapa uga δ u odnosu na prvobitni pravac kretanja.

Slika 4: Uticaj sila na vozilo koje se kreće pravolinijski.

Preupravljivost: pojava koja nastaje u situacijama kada na vozilo djeluje neka bočna sila i vrši skretanje točkova vozila za neki ugao. Ukoliko je taj ugao skretanja točkova prednje osovine veći od ugla skretanja zadnje osovine, tada dolazi do pojave podupravljivosti, odnosno centrifugalna sila će

vozilo „izbaciti“ iz putanje prema vani u odnosu na krivinu kretanja. Odnosno, za δ2<δ1 vozilo se kreće po krivoj liniji odstupajući od prvobitnog pravca kretanja u smjeru dejstva bočne sile S.

Podupravljivost: je pojava koja nastaje kada na vozilo djeluje bočna sila i vrši skretanje točkova vozila za neke uglove. Ukoliko je ugao skretanja točkova prednje osovine manji od ugla skretanja zadnje osovine, tada dolazi do pojave preupravljivosti. Odnosno, za δ2>δ1, vozilo će se kretati po krivoj liniji odstupajući od prvobitnog pravolinijskog pravca kretanja u smjeru suprotnom od smjera dejstva bočne sile S.

Slika 5: Preupravljivost i podupravljivost

Program elektronske stabilnosti pomaže vozaču pri kretnjima koja su dijagonalna na smjer vožnje. Sistem na osnovu ugla upravljanja prepoznaje željeni smjer vožnje. Senzori brzine na svakom točku mjere brzinu. Istovremeno, senzori zakretanja mjere okretanje vozila oko njegove okomite osi, kao i bočno ubrzanje. Iz tih podataka upravljačka jedinica izračunava stvarno kretanje vozila, uspoređujući ga 25 puta u sekundi sa željenim smjerom. Ako se vrijednosti ne podudaraju, sistem reagira u sekundi, bez sudjelovanja vozača. Sistem smanjuje snagu motora kako bi povratio stabilnost vozila. U slučaju da to nije dovoljno, zaustavlja svaki točak pojedinačno. Iz toga proizlazi rotacijsko kretanje vozila koje sprečava proklizavanje – u granicama zakona fizike te automobil ostaje sigurno na svom željenom pravcu.

Slika 6: Prikaz funkcionisanja ESP-a

Kako bi se što jednostavnije pojasnio sistem i princip djelovanja ESP-a, u nastavku se daje šematski prikaz djelovanja ovog sistema. Dakle, senzori mjere i prikupljaju informacije o stanju odvijanja kretanja vozila, i na osnovu tih informacija dobiju se dvije vrste ponašanja vozila: željeno (ono ponašanje i kretanje vozila kakvim ga je vozač namjerio) stanje i stvarno (onakvo kakvo jeste s obzirom na stanje na putu) stanje. Ta dva stanja se uspoređuju i ukoliko se ne podudaraju aktivira se sitem koji donosi koje reješenje treba primjeniti (ovisno o situaciji može biti preupravljivost ili podupravljivost).

Slika 7: Šema ESP-a

1.3. Fizička arhitektura ESP sistema

ESP sistem koristi nekoliko senzora kako bi odredio i znao šta vozač želi i njegove namjere po pitanju kretanja vozila. Ostali senzori prikupljaju podatke o trenutnom stanju kretanja vozila. Upravljački algoritam upoređuje ulazne podatke o vozačevim namjerama i podatke o stanju kretanja vozila i donosi odluke, kada je to potrebno, o eventualnoj primjeni kočnica, smanjenju vučne sile do vrijednosti izračunate na osnovu jednačina. Upravljački sistem ESP-a može primati podatke od drugih kontrlolnih sistema na vozilu i slati im naredbe, kao što su sistem pogona na sva četiri točka. Senzori koji se koriste u ESP-u moraju konstantno slati podatke kako bi se na vrijeme otkrili eventualni nedostatci u stanju kretanja vozila, i moraju biti otporni na moguće oblike smetnji (kiša, rupe na cesti, itd.). Osnovni sastavni dijelovi ESP sistema su:

1. Hidraulična jedinica povezana sa kontrolnom jedinicom motora;

2. Senzor brzine okretanja točka;

3. Senzor za otkrivanje ugla zaokretanja točka upravljača;

4. Senzor rotacije i bočnog ubrzanja;

5. Komunikacija sa kontrolnim modulom motora.

Slika 8: Lokacija osnovnih komponenti ESC sistema

Slika 9: Instalacije i komponente ESP-a

Senzori ESP sistema su aktivni kada je vozilo u pokretu i tako otkrivaju kritične situacije kako bi na njih na vrijeme reagirali. Zbog mjesta na kome su ugrađeni moraju biti otporni na vanjske utjecaje. Obično se kao senzori brzine koriste isti senzori kao i za ABS sistem. Srce ESP sistema čini kontrolna jedinica motora. Obično ista kontrolna jedinica sadrži različite kontrole (ABS, kontrola proklizavanja, kontrola klima uređaja i drugo).

Upravo kod ESP sistema sigurnost osoba u vozilu i drugih učesnika u saobraćaju zavisi najprije od pouzdanosti rada senzora. Podaci dobiveni iz obimnih probnih vožnji i simulacija su ocjenjeni i na osnovu njih su definisani zahtjevi koji se traže od senzora. Veličine koje se prenose moraju za vrijeme cjelokupnog životnog vijeka senzora biti snimljena sa visokom preciznošću i proslijeđene upravljačkoj jedinici. Njihovo brzo ocjenjivanje i precizno reagovanje u svakoj situaciji tokom vožnje i tokom rada vozila moraju biti na visokom stepenu sigurnosti.

ESP sistem se sastoji od niza senzora:

• senzor ugla usmjeravanja vozila mjeri ugao okretanja upravljača i daje naznaku u kojem smjeru je vozač želio ići,

• senzor brzine okretanja točkova registruje brzinu koju je odabrao vozač,

• senzor bočnog ubrzanja otkriva bočno zanošenje,

• senzor nekontrolisanog vijuganja koji je srce ESP sistema i mjeri rotacionu brzinu, odnosno stvarno zanošenje vozila,

• senzor predpritiska mjeri pritisak u kočionom sistemu.

Kontrolna jedinica ESP-a je preko CAN (Controller Area Network) mreže povezana sa motorom i automatskim mjenjačem i stoga može u svakom trenutku dobiti podatke o okretnom momentu

motora, položaju papučice gasa, te o trenutno korištenom stepenu prijenosa.

Slika 10: Elementi i senzori ESP – sistema

• Upravljačka jedinica (ECU) sa hidroagregatom;

• Senzori broja obrtaja točka;

• Senzor ugla upravljača;

• Senzor poprečnog ubrzanja i ugaone brzine oko vertikalne ose;

• Komunikacija sa motorom.

Senzori u pravilu pretvaraju fizičke veličine u električne veličine. Za jedan neometan zajednički rad senzora, upravljačke jedinice i izvršnih jedinica (kočnice, svjećice, leptir karburatora itd.) potrebni su slijedeći preduslovi:

• stalno i međusobno kontrolisanje;

• neosjetljivost prema uticajima okoline i neovisnost o radu vozila;

• sigurno funkcionisanja tokom dugog vremenskog perioda.

Senzor ugla upravljača: poznavanje ugla upravljača omogućava izračunavanje potrebnog pravca kretanja vozila. Senzori za mjerenje ugla upravljača spadaju u grupu pozicionih senzora. Zavisno od zadatka vrši se mjerenje preko dodirnih kontakta (npr.potenciometar) ili bez dodira (npr.Hall-IC). Sa signalom ovih senzora mogu se kalibrirati preostali senzori. Senzor ugla upravljača ima radnu oblast od ±720°.

Slika 11: Senzor ugla upravljača

Senzor poprečnog ubrzanja: za mjerenje ubrzanja koristi se fizikalni efekat, a to je da na ubrzavajuće tijelo djeluje sila. Ukoliko ovo tijelo nije ukočeno već elastično pričvršćeno, ono će se usljed dejstva sile izamaknuti. Izmicanje je u tom slučaju mjera za ubrzanje.

Slika 12: Senzor poprečnog ubrzanja

Senzor ugaone brzine oko vertikalne ose: senzor ugaone brzine mjeri obrtno kretanje vozila oko njegove vertikalne ose, npr. pri uobičajenoj vožnja u krivini, također, i pri klizanju vozila. Uređaji za mjerenje ugaone brzine vozila oko vertikalne ose nazivaju se žirometri.

Slika 13: Senzor ugaone brzine

Senzor pritiska: kod senzora pritiska se kao osnova za mjerenje većinom primjenjuje membrana koja se pod uticajem pritiska širi. S metodom mjerenja širenja membrane može se dobiti pritiska odgovarajuća promijena napona ili frekvencije. Za ESP je potreban ovaj senzor da bi se u hidrauličkom sistemu održale vrijednosti pritiska do 350 bar. pri velikim temperaturama zbog njegove ugradnje u blizini motora.

Senzor broja obrtaja: ovi senzori mjere broj okretaja točka, odnosno pređeni put ili ugao po jednoj vremenskoj jedinici. Sa signalima senzora broja okretaja točka rade najrazličitiji sistemi. Tako o informacijama o broju okretaja točka ovisi način rada, kako sistema protiv blokiranja točka tako i regulacije proklizavanja pogona i elektroničkog programa stabilnosti.

Slika 14: Senzori broja obrtaja točka

Senzori broja okretaja točka se dijele u tzv. pasivne i aktivne senzore, pri čemu danas u upotrebi prevladavaju aktivni senzori i to zbog svojih tehničkih obilježja kao što su tačnost i mala ugradbena veličina. Aktivni senzori za rad trebaju dodatni izvor energije, dok pasivni rade bez dodatnog napajanja.

Elektronska upravljačka jedinica (ECU): upravljačka jedinica preuzima električne i elektronske signale i sve upravljačke funkcije sistema kao:

• opskrbljivanje strujom priključenih senzora;

• obuhvatanje radnih stanja komponenata;

• prikupljanje i obrada podataka;

• izdavanje podataka (izdavanje signala na izvršne jedinice);

• nadgledanje komponenti;

• CAN -umrežavanje sa drugim upravljačkim jedinicama.

Upravljačke jedinice koje su instalisane u prostoru oko motora moraju ispunjavati visoke zahtjeve kao što su otpornost na toplotu, vibracije i nečistoću. Ugradnja elektronske upravljačke jedinice je predviđena kao zasebna jedinica također, i u zajedničkoj ugradnji sa hidroagregatom. Korištenjem iste mreže, ESP može intervenisati, odnosno “izdati naloge” sistemima elektronskog upravljanja motorom i elektronici automatskog mjenjača. Na taj način, ESP može “naložiti” automatskom mjenjaču da prebaci u “zimski” režim rada u trenutku kada se vozilo počne kretati po skliskoj podlozi. ESP kontinuirano upoređuje trenutno ponašanje vozila sa unaprijed unesenim, odnosno programiranim adekvatnim vrijednostima. U trenutku kada se podaci o ponašanju automobila odmaknu od onoga što nudi idealni model, posebno razvijena upravljačka logika aktivira sistem koji vraća vozilo na željeni pravac. To se postiže na dva načina: precizno kontrolisanim kočenjem jednog ili više točkova, ili smanjenjem snage motora. ESP na ovaj način “ispravlja” greške vozača i stabilizira vozilo u slučaju zanošenja na mokrim, zaleđenim, šljunkovitim ili bilo kakvim drugim lošim podlogama, na kojima bi vozači u normalnim okolnostima izgubili mogućnost za održavanje kontrola kočenjem ili okretanjem upravljača. Prednost ESP-a je u tome što vrlo brzo reaguje, odnosno analizira da li je došlo do zanošenja prednjeg dijela ili se zanosi stražnji dio, te automatska intervencija kočenjem izvršava se u dijelovima sekunde.

Ako se uslijed prebrzog ulaska u krivinu zanese zadnji dio vozila, ESP prvo smanjuje snagu motora, čime se povećavaju lateralne sile na zadnjim točkovima. Ako to nije dovoljno za zaustavljanje zanošenja, sistem će aktivirati kočnicu na prednjem vanjskom točku. Takvim kočenjem onemogućava se rotacija vozila i vozilu se “vraća” stabilnost. Stabiliziranje vozila je trajan proces koji se stalno prilagođava promjenama situacije i dinamike vozila i to sve dok se mogućnost zanošenja potpuno ne ukloni. Ovakva prilagodljiva kontrola zahtijeva da senzori i ESP sistem (glavni kompjuter) rade izuzetno brzo. Činjenica je da uz pomoć signala iz senzora i bezbrojnih simulacija i ugrađenih modela sistem može otkriti opasnost čak i prije nego što vozač uopšte ima šansu za reakciju. Zbog toga sistem može reagovati vrlo brzo u slučaju opasnosti, znatno brže i u odnosu na najiskusnijeg vozača. Na fotografiji ispod prikazan je način testiranja ESP sistema.

Slika 15: Način reagovanja ESP – sistema (bez i sa ESP sistemom) vozilo bez ESP vozilo sa ESP-om

1.4. Učinkovitost upotrebe ESP

ESP sistemom se u znatnoj mjeri doprinijelo povećanju aktivne sigurnosti u automobilu. ESP sistem smanjuje rizik od nekontrolisanog otklizavanja i proklizavanja u zavojima i održava automobil na zadanoj putanji, čak i u iznimno teškim uslovima na cesti, kao što je zaleđena cesta. Danas je ovaj sistem dio standardne opreme u svim velikim proizvođačima automobila. Brojne svjetske studije o bezbjednosti u saobraćaju su nedvosmisleno pokazale da ovaj sistem po efikasnosti ide rame uz rame sa pronalascima kao što su sigurnosni pojasevi ili vazdušni jastuci.

Najveći uzrok nezgoda sa fatalnim posljedicama jesu upravo one zbog iznenadnih situacija i proklizavanja automobila. Krajem 2004. godine u SAD-u, National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)je potvrdila međunarodne studije,objavivši rezultate terenskog istraživanja

provedenog u SAD-u vezanog za efikasnost ESP-a. NHTSA je zaključila da ESP smanjuje mogućnost sudara za 35%. Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) je izvršio vlastito istraživanje i izdao vlastitu studiju u junu 2006.godine, koja pokazuje da se je 10.000 fatalnih saobraćajnih nesreća u SAD-u moglo izbjeći godišnje, ukoliko bi sva vozila bila opremljena ovim sistemom.

IIHS je zaključio da upotreba ESP-a smanjuje mogućnost fatalne saobraćajne nezgode za 43%, mogućnost saobraćajne nezgode u kojoj učestvuje jedno vozilo smanjuje za 56%, mogućnost fatalne nezgode uzrokovane prevrtanjem pojedinačnog vozila bez interakcije s drugim vozilima se smanjuje za 77-80%.ESP slovi za najvažniji sistem pomoći vozaču u sigurnom odvijanju saobraćaja na cestama, a to tvrde i mnogi svjetski poznati eksperti, i još se preporučuje kupovina automobila koji su opremljeni ovom vrstom opreme.Znanstvene studije provedene u Japanu, Njemačkoj, Švedskoj, Francuskoj i SAD-u dokazuju učinkovitost ESP-a: 30 do 50 % svih nesreća s tragičnim posljedicama u kojima sudjeluje jedan automobil moguće je spriječiti pomoću ESP-a. Za vozila SUV, ta je brojka još veća: od 50 do 70 posto. ECP je dokazano sigurnosni sistem. Najmanje 40% teških saobraćajih nesreća rezultat su proklizavanja vozila. Međunarodne studije pokazuju da smanjuje proklizavanje između 25% i 35% ovisno o uvjetima na cesti.

Kao još jedna od prednosti upotrebe sistema ESP-a, navodi se činjenica da aktuelni uređaji omogućavaju da se balans vozila uspostavi čak i kada ono vuče prikolicu. U većini slučajeva dodatni teret narušava stabilnost jer se kreće po inerciji. Prikolica, prati kretanje vozila za koje je prikačena i sve je u najboljem redu dok je automobil (ili kamion) pod apsolutnom kontrolom vozača. Situacija se, međutim, komplikuje u nepredviđenim okolnostima, kada dolazi do pojačanja neželjenih efekata. Savremeni ESP tokom proračuna parametara za stabilizaciju vozila u obzir uzimaju i te podatke, tako da je moguće djelovati i na točkove vučenog vozila. Granice efektivnog dejstva ESP-a, ponovo, postavljaju zakoni fizike koje nije moguće pobjediti.

Imajući u vidu veliku kontrolu koju ova elektronika na sebe preuzima, mnogi vozači prevashodno snažnijih, sportskih automobila su se žalili kako nemaju potpunu kontrolu nad kolima i da ESP značajno smanjuje krajnje performanse. Mnogi od sistema ESP-a imaju opciju „off“, tako da vozač može isključiti djelovanje ovog sistema, što može biti korisno kod zaglavljivanja u blatu ili snijegu, ili vožnjama na plažama, ili ako se koristi manja rezervna guma koja bi ometala rad senzorima.Od prije nekoliko godina se nudi kompromis u vidu tastera koji iskljucuje rad ESP sistema, ili kompjutersko podešavanje uticaja ESP-a u vožnji po želji vozača.

Na primjer, Volkswagen je odreagovao na zahtjeve klijenata, i od ljeta 2011.godine, izabrani modeli će biti opremljeni potpuno isključivim sistemom elektronske kontrole stabilnosti (ESP). Reprogramiranim ESP sistemom, biće opremljeni modeli Scirocco, Golf R, GTI i GTD, itd. Njemačka kompanija, na ovaj način je odgovorila zahtjevima korisnika, koji su ocjenili da je dosadašnji ESP sistem smanjivao upotrebljivost snage i nije dozvoljavao da se iskoriste sve prednosti oslanjanja sportskih verzija modela Golf i modela Scirocco. Novi ESP sistem i dalje će stalno "nadzirati" u kakvoj

se situaciji nalazi automobil, ali za razliku od dosadašnjeg sistema, u slučaju da je deaktiviran, neće uticati na ponašanje automobila.

ESP sistem će se samostalno ponovo aktivirati, samo u situacijama koje se mogu opisati kao kritične, odnosno kada bočno ubrzanje automobila bude preveliko. Tada će sistem aktivirati kočioni sistem (svaki točak nezavisno), a kada se situacija "stabilizuje", sistem će se ponovo isključiti. Kao i aktuelni ESP, sistem će se automatski uključiti kada vozač ponovo startuje motor. Ipak, ovo su ekstremni slučajevi i naravno da je preporučljivo da on stalno ostane uključen, pa tako u većini modela koji nisu namjenjeni nekoj bržoj vožnji i nema ove opcije. Dokazano je da ESP čuva živote i definitivno je poželjno imati isti ugrađen u automobil.

Od same pojave ESP sistema proveden je veliki broj studija koje su uglavnom potvrdile velik utjecaj ovog sistema na smanjenje broja saobraćajnih nezgoda. Ovim studijama je također utvrđeno da efikasnost ovog sistema zavisi i od sastava vozila na cestama kao i od uslova odvijanja saobraćaja. Značajno je napomenuti da se znatno češće ESP ugrađuje u veća vozila i vozila više klase, nego u mala vozila niže klase. Također, korist od ESP sistema se razlikuje i ovisno od toga da li su vozila pogonjena na sva četiri točka ili su pogonjena sa dva točka (prednje ili zadnje osovine). Pregled najznačajnijih studija o efikasnosti ESP sistema dat je u sljedećoj tabeli:

Kao što se vidi postoje određene razlike između rezultata pojedinih studija, koje su uglavnom uzrokovane metodologijom izrade i veličinom uzorka. Isto tako u nekim studijama nisu računate neke nezgode, kao npr. naleti na stražnji dio vozila gdje se smatralo da ESP ne bi mogao doprinijeti izbjegavanju nezgoda. Osim toga neke od razlika proizlaze iz poteškoća da se u saobraćaju identificiraju vozila koja su opremljena ESP sistemom, jer se u nekim zemljama ne vodi evidencija o opremi koju vozilo posjeduje, pa se identifikacija vrši preko Identifikacijskog broja vozila (VIN) koji u određenim slučajevima nije bio dostupan. Osim toga studije su provođene na različitim područjima, tako da i to ima određen utjecaj na rezultate. Bez obzira na manje razlike u rezultatima studija, vidi se da je utjecaj ESP-a na poboljšanje stanja sigurnosti ogroman.

Studije pokazuju da se posebno poboljšanje ostvaruje kod SUV (Sports Utility Vehical - veće vozilo, obično pogonjeno na sva četiri točka, namijenjeno uglavnom za uobičajeni saobraćaj sa određenim terenskim mogućnostima, npr. BMW X5, Mercedes M-klasa, Toyota RAV-4, VW Tuareg) vozila čiji se broj na cestama svakodnevno povećava. Osim toga izuzetno poboljšanje zabilježeno je i pri otežanim uslovima na cesti, kao što su mokar i zaleđen kolnik. ESP je također od izuzetne pomoći za starije vozače, pa je tako jedna studija ustvrdila da se kod vozača preko 60 godina starosti rizik od nezgoda smanjuje za preko 60%. U normalnom saobraćaju prednost ESP sistema je ogromna tako da Mercedes smatra da se primjenom ESP sistema ukupan broj nezgoda smanjuje za 1/3, dok Toyota smatra da se ukupan broj nezgoda primjenom ESP sistema smanjuje za čak 1/2.

I pored ovakvih prednosti, postoje i određene kritike na račun ESP-a. Neki smatraju da će ugradnja ESP-a uticati na stvaranje pogrešne percepcije o povećanoj sigurnosti koja će uticati na vozače i poticati ih da voze još brže. Smatraju da je upotreba ove tehnologije korak unazad u utjecajima da se smanji brzina, smanji agresivna vožnja, kao i da ova tehnologija neće ispuniti očekivanja koja se pred nju postavljaju što će za rezultat imati još opasnije ponašanje pri vožnji. Kontra argument je da većina vozača ne razumije način na koji ovaj sistem ustvari djeluje, tako da voze normalno kao i bez ovoga sistema.

Također, većina vozila na instrument tabli ima lampicu koja se uključuje kada je ESP aktivan i tako na vrijeme upozorava vozače da se približuju granici prijanjanja vozila na cesti. Drugi argument koji koriste protivnici uvođenja ESP sistema je da će „opasni vozači“ moći voziti još brže, pa će tako pri gubitku kontrole voziti većim brzinama te će i posljedice nezgoda biti daleko veće. Međutim ovo nije moguće, jer sistem primjenjuje kočnice i smanjuje snagu motora u određenim situacijama, i on ne povećava praktične granice prijanjanja vozila na cesti.

Zbog toga, vozilo opremljeno ESP-om ne može proći kroz krivinu brže od vozila bez ovog sistema. Naprotiv, ESP primjenjuje kočnice i smanjuje snagu motora kako bi osigurao da vozilo pri prolasku kroz krivinu ostaje u granicama prijanjanja. Osim toga neki vozači smatraju da primjena ESP sistema onemogućava vozače da istražuju dinamičke granice svojih vozila, te da se tako kvari užitak u vožnji. Zbog toga mnogi proizvođači ugrađuju prekidač pomoću kojega se sistem deaktivira, a neki čak nude mogućnosti podešavanja da li će se ESP aktivirati prije ili kasnije (postavke kao što je ESP Sport kod Mercedesa).

Postavke ponovno uključuju ESP pri sljedećem startanju motora. Također neki protivnici ovog sistema smatraju da vozači postaju preopušteni, dobivaju preveliko samopouzdanje i previše se oslanjaju na ESP. Ovo bi se također moglo odnositi i na radijalne gume, dobar dizajn amortizera i druge inovacije koje su omogućile razvoj auto-industrije. Neke kritike su upućene i u smjeru da se ESP koristi kako bi se prikrili nedostatci dinamičkih sposobnosti kod loše dizajniranih vozila.

Međutim, ukoliko znamo da se ESP ugrađuje i u vozila kao što su BMW, Mercedes, Ferrari i druga vozila visoke kvalitete jasno je da se ovaj argument ne može prihvatiti. Sistem ESP se najčešće nudi u paketu sa drugom dodatnom opremom, što odvraća mnoge vozače od kupovine ovog sistema. Da li ESP odlazi kao serijska oprema na nekom modelu ne zavisi samo od modela i proizvođača vozila, nego i od područja u kome se vozilo prodaje. Vrlo često proizvođači za isti model na određenom području nude ESP kao dio serijske opreme, dok se u drugim područjima ESP nudi kao dodatna oprema (sam ili u paketu sa drugom opremom kao što je navigacija i kožni paket), ili uopće nije dostupan.

Na sljedećoj slici je prikazana dostupnost ESC sistema u pojedinim zemljama Europske unije prema istraživanju kojeg je proveo EURO NCAP (zelena linija označava postotak vozila kod kojih je ESP dio

serijske opreme, žuta linija označava postotak modela kod kojih je ESP dostupan kao dodatna oprema i crvena linija označava postotak vozila kod kojih ESP uopće nije dostupan).

Zagovornici sigurnosti u saobraćaju vrlo često kritiziraju nacionalne vlade zbog sporosti u uvođenju zakonske regulative kojom bi se naredilo da svi proizvođači serijski ugrađuju ESP u svoja vozila, smatrajući da na taj način propuštaju važnu priliku da se poveća sigurnost ne samo vozača vozila, nego i svih učesnika u saobraćaju. Vozila koja se danas proizvode i prodaju bez ESP-a bit će u opticaju sljedećih petnaestak do dvadeset godina i tako će utjecati na smanjenje stepena sigurnosti u saobraćaju.

Slika 16: Udio ugradnje ESC-a po zemljama Europske unije i po proizvođačima

Gledano sa ekonomskog aspekta na prostoru Europske unije je provedena analiza troškova i koristi (cost-benifit) kako bi se utvrdilo postoji li ekonomska opravdanost za uvođenje ovog sistema u sva vozila. Kao trošak ugradnje ESP sistema uzeta je cijena od € 130. To nisu stvarni troškovi nabavke ovog sistema za krajnjeg korisnika, nego troškovi koji nastaju pri proizvodnji i ugradnji ovog sistema u vozila koja su već opremljena ABS sistemom, koji je dio standardne opreme u zemljama članicama Europske unije.

Ova vrijednost se može uzeti kao sredina između trenutne cijene koštanja sistema koja je nešto veća od € 130 i buduće cijene koštanja koja će biti nešto niža.

Ukoliko se uzme vijek trajanja vozila od 12 godina nije potrebno uračunavati troškove održavanja sistema. Kako bi se odredile koristi primjene ESP sistema uzeta je prosječna knjigovodstvena vrijednost ljudskog života na području Europske unije od € 1.000.000 i prosječna knjigovodstvena vrijednost ozljede od € 51.000. Osim toga svakoj saobraćajnoj nezgodi u kojoj postoji ozljeda pripisana je i vrijednost materijalne štete od € 6.000, kao i troškovi zagušenja saobraćaja zbog nezgode od € 5.000. Kao procjena smanjenja broja nezgoda korištene su neke od prethodno navedenih studija. Uvrštavanjem ovih podataka dobivaju se sljedeći rezultati:

Kao što se vidi iz tabele, koristi od uvođenja ESP sistema u sva vozila je skoro 6 puta veća od troškova na prostoru 25 zemalja Europske unije. ESP je svakako isplativ sistem, a dodatna ulaganja u nabavku ovog sistema je investicija koja može biti vrlo brzo isplaćena jer se u mnogima zemljama plaća znatno niža premija osiguranja za ova vozila.

ZAKLJUČAK

Polako, ali sigurno, baš kao što se prije petnaestak godina u standardnu opremu probijao ABS, danas to čini ESP - elektronski program stabilnosti (engleski: electronic stability program). Ovaj program, baš u saradnji sa ABS-om, kočenjem pojedinih točkova u kritičnoj situaciji, kada dođe do proklizavanja automobila, spriječava zanošenje i ispravlja putanju već zanijetog vozila. ESP će bez sumnje veoma brzo postati obavezan sigurnosni element svih automobila. ESP vrijedi za najvažniji sistem pomoći vozaču u sigurnom odvijanju saobraćaja na cestama, a to tvrde i mnogi svjetski poznati eksperti, i još se preporučuje kupovina automobila koji su opremljeni ovom vrstom opreme. Znanstvene studije provedene u Japanu, Njemačkoj, Švedskoj, Francuskoj i SAD-u dokazuju učinkovitost ESP-a: 30 do 50

% svih nesreća s tragičnim posljedicama u kojima sudjeluje jedan automobil moguće je spriječiti pomoću ESP-a. Vozači imaju veći osjećaj sigurnosti, naročito na ledu i snježnim cestama. S obzirom da ESP ispravlja smjer kretanja stoga značajno smanjuje rizik od nesreća u kritičnim situacijama. Međutim treba napomenuti da čak i najnapredniji sistem stabilnosti kao što je ESP nije svemoguć stoga je uvijek potrebno poštivati saobraćajne propise i izbjegavati bezobzirno manevrisanje iz razloga sto granice efektivnog dejstva ESP-a,ponovo postavljaju zakoni fizike koje nije moguće pobijediti.