L’ #ESP e la sua importanza per la #SicurezzaAttiva

Buongiorno,
spesso sulle riviste di auto trova poco spazio o viene spiegato in maniera molto sintetica l’importanza del sistema ESP (Elektronisches Stabilitatsprogramm). Ne vogliamo parlare in questo articolo in modo approfondito per dare al lettore più esigente qualche informazione più dettagliata.
Buona lettura.

L’ ESP e la sua importanza per la sicurezza attiva

esp 1L’elettronica ha reso le automobili di oggi molto più sicure; uno dei sistemi che più di tutti rappresenta, in maniera quasi iconica, il successo della tecnologia nel campo automobilistico, è l’ ESP.

L’ ESP, nato nel 1995, è un sistema antisbandamento meglio noto come controllo elettronico della stabilità (Electronic Stability Program) ed a concepirlo oltre che realizzarlo è stata la multinazionale tedesca BOSCH che produce componentistica elettronica per tutte le case automobilistiche del mondo. A collaborare con la BOSCH fu la Mercedes, con l’ Ing. Frank Werner Mohn, al quale è attribuita l’idea iniziale del dispositivo.

Quali sono le parti che lo compongono?

esp 2Il sistema ESP è costituito dalle seguenti parti: quattro sensori di velocità (uno per ruota, definiti tecnicamente sensori di prossimità), integrati nel mozzo stesso della ruota, che comunicano costantemente alla centralina la velocità istantanea di ogni singola ruota, grazie alla ruota fonica costituita da un anello dentato (vedi foto); 1 sensore dell’angolo di sterzata collegato al volante che monitora le manovre del guidatore; 3 accelerometri (uno per ogni asse spaziale: asse verticale o di rotazione/imbardata, asse trasversale o di beccheggio, asse longitudinale o di rollio) posizionati al centro dell’automobile, i quali indicano alla centralina le forze che agiscono in quel momento sull’auto; in ultimo, una centralina elettronica che analizza i dati provenienti dai sensori e che decide, per confronto, sulla base dei dati in memoria, quando intervenire ed in che misura, sulle ruote e sul motore (sistema di alimentazione) affinché il veicolo non perda la stabilità necessaria ad evitare che sbandi e si ribalti. Ad esse si aggiungono il sensore della valvola a farfalla collegata ovviamente all’acceleratore ed il sensore del freno. Il monitoraggio svolto dalla centralina elettronica avviene 25 volte al secondo. I sensori del sistema ESP servono anche all’ Hill Holder, il dispositivo che, nelle partenze in salita o nei tratti di strada inclinati, ritardando lo sblocco dei freni, per il tempo necessario a far giungere alle ruote la coppia motrice, permette al veicolo di avanzare senza prima andare all’indietro. L’ Hill Holder svolge la sua funzione anche in discesa, controllando i freni e la potenza erogata dal motore allo scopo di rendere più sicura l’auto nel percorrere i tratti stradali ad andamento discendente.

Vediamo come funziona

esp 3La funzione dell’ ESP è di controllare che la traiettoria del veicolo corrisponda a quella impostata dal conducente mediante l’uso del volante, entro i limiti delle forze fisiche agenti sullo stesso (forza centripeta e forza centrifuga dipendenti dalla velocità e dalla massa del veicolo quest’ultima strettamente correlata alla sua distribuzione sul mezzo; velocità e massa che determinano altresì, il trasferimento di carico in marcia, in base alla curva percorsa o alla manovra eseguita dal conducente).

In altre parole l’ ESP controlla che il veicolo nel percorrere una determinata traiettoria, impostata dal conducente, ruoti in maniera omogenea sul proprio asse di rotazione (baricentro); e nel momento in cui esso rileva che il veicolo percorre in maniera scomposta/anomala, la traiettoria impostata, sforando i parametri-limite del proprio asse di rotazione (vedi sottosterzo o sovrasterzo) interviene sulle ruote e all’occorrenza sul motore.

L’ ESP, dunque, funge da “controsterzo automatico” generando quella forza stabilizzante atta ad evitare al veicolo di sbandare e che, in mancanza di esso, il conducente dovrebbe imprimere al veicolo, tutte quelle volte che è necessario, agendo sul volante, con una sequenza di manovre di controsterzo; ciò potrebbe avvenire solo se il conducente fosse un provetto pilota ed a quel punto, la guida non sarebbe più qualcosa di semplice e alla portata di tutti, ma richiederebbe una preparazione tecnica e una abilità che appunto, solo i piloti posseggono (pensiamo ai piloti di rally e a chi guida con padronanza e maestria auto stradali supersportive capaci di alte prestazioni come ad esempio, la Ferrari 488 GTB e la Ferrari F12 Berlinetta, ed ancora la Lamborghini Aventador e la Porsche 911 Cabriolet Turbo S, che possono esprimere le loro doti, di velocità e accelerazione, tenuta di strada, ecc.., maggiormente in pista che in strada).

esp 4Per correggere il sottosterzo (che si verifica quando il veicolo percorre la curva non seguendo la traiettoria di essa ma con un raggio più ampio, dirigendosi verso l’esterno della curva), l’ ESP interviene frenando la ruota posteriore interna alla curva, generando un momento angolare che accentua l’angolo di imbardata riducendo, così, gli effetti della forza centrifuga che insiste in maniera preponderante sull’anteriore del veicolo ed aumentando quelli della forza centripeta sulle ruote rimaste libere.

In presenza di sovrasterzo (che si verifica quando il veicolo percorre la curva non seguendo la traiettoria di essa, ma con un raggio più stretto, dirigendosi verso il lato interno della curva), l’ ESP interviene frenando la ruota anteriore esterna alla curva, generando un momento angolare atto a ridurre l’angolo di imbardata, contrastando così gli effetti della forza centrifuga che insiste in maniera preponderante sul posteriore del veicolo, ed innalzando quelli della forza centripeta sulle ruote rimaste libere.

Nei casi in cui è necessario un intervento di correzione più marcato, l’ ESP interviene anche sulla coppia motrice e la trasmissione. Esso agisce in connubio con l’ ABS (sistema elettronico per l’antibloccaggio delle ruote) ed il TCS (sistema elettronico per il controllo della trazione, antipattinamento).

L’ ESP di ultima generazione è definito Adaptive ESP in quanto il suo funzionamento si adatta al carico trasportato e quindi al peso effettivo del veicolo durante la marcia, grazie all’installazione di microsensori sul veicolo. La luce-spia, presente nel quadro strumenti, rimane spenta quando l’ESP non è in azione, lampeggia invece se è operante, e rimane sempre accesa se il dispositivo presenta una anomalia.

Una recentissima evoluzione dell’ ESP è il sistema ETS (Enhanced Transitional Stability) per il controllo dinamico della stabilità, nato nel 2014, ossia un ESP PREDITTIVO. Esso, calcolando in anticipo il rischio di slittamento, ha il compito di prevenire, nei cambi di direzione, la perdita iniziale di aderenza dell’auto, la quale porta al successivo suo sbandamento, monitorando i parametri della velocità, dell’accelerazione e dell’angolo di sterzo; e lo fa appunto attivando in anticipo l’ ESP che, grazie ad esso, interviene anzitempo nel riallineamento del veicolo.

esp 5.jpgContro il ribaltamento del veicolo.. specie per i SUV, i veicoli commerciali, ecc…, l‘ ESP è stato dotato del dispositivo denominato ARP (Active Roller Protection), costituito da un ulteriore sensore che fa intervenire la centralina del sistema sui freni e la potenza del motore, riportando il veicolo in assetto, quando rileva il sollevamento di una delle ruote dalla strada. All’ ESP di ultima generazione si sono aggiunte anche le funzioni del Torque Vectoring e del Trailer ESC. Il primo, utile principalmente alle autovetture molto potenti, funge da differenziale autobloccante ripartendo la coppia motrice alle ruote nella percorrenza delle curve, e lo fa attraverso i sensori e gli accelerometri dell’ ESP frenando la ruota interna e riducendo i suoi giri per trasmetterli a quella esterna, così da evitare che il veicolo sbandi a causa della eccessiva potenza trasmessa a terra; il secondo consente di controllare la posizione e l’eventuale sbandamento del rimorchio (roulottes, carrelli appendice, rimorchi dei mezzi pesanti), intervenendo sui freni del veicolo trainante.

In quali situazioni risulta utile?

esp 6L’ESP si rivela indispensabile:

– nell’evitamento di un ostacolo improvviso (ad es. pedone, animale, auto che sporge da una strada laterale, carico disperso in strada, apertura improvvisa della portiera di un’auto in sosta, mancata precedenza, ecc..) che obbliga ad una sterzata di emergenza per evitarlo, a cui segue una controsterzata, rischiando lo sbandamento con il conseguente ribaltamento del veicolo;

– nella percorrenza di fondi a bassa aderenza (fondo umido o viscido per pioggia, fango, olio, ghiaia e brecciolino, fogliame, sabbia, terriccio, ghiaccio o neve, asfalto liscio, o ancora per le giunzioni metalliche su ponti e viadotti) difficili o impossibili da prevedere in anticipo, che comportano perdita di aderenza dell’asse posteriore e della direzionalità dell’asse anteriore;

esp 7– nelle manovre dove si interviene con la frenata di emergenza su fondo stradale ad aderenza differenziata (2 ruote su asfalto e 2 sull’erba, fondi stradali con grip disomogeneo) che può concludersi in un pericoloso testacoda.

– nella percorrenza delle curve, ad esempio a velocità che possiamo definire, “moderatamente alte”, adottate in particolari tratti di strada, per le quali il sistema ESP riesce a contrastare gli effetti delle forze agenti sul veicolo, evitando lo sbandamento e il possibile ribaltamento.

esp 8Dal 2011 in Europa, l’ ESP è obbligatorio su tutte le vetture. Dal 2013, esso è diventato obbligatorio su autobus, pulmann e minivan con più di otto posti a sedere, corredato altresì, da altri sistemi di sicurezza attiva, quali il sistema di frenata automatica (AEB) per prevenire i tamponamenti e ridurre la gravità dell’urto frenando in anticipo il veicolo se l’impatto risulta inevitabile; ed il segnalatore di cambio corsia, utile ad evitare uscite di strada dovute al colpo di sonno del conducente. Dal 2015 questi dispositivi sono presenti su tutte le vetture.  Di Fabio Bergamo 

 

 

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