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Sicher Bremsen mit E-Bikes

Rennfahrerweisheit: Wer später bremst, ist länger schnell! - Und sollte dann unbedingt sicher die Geschwindigkeit verringern können.

Auf Einladung des Projektteams um die Professoren Jürgen Wrede und Martin Pfeiffer fand am 04. Oktober 2016 die Abschlussveranstaltung des Forschungsprojektes „BikeSafe“ an der Hochschule Pforzheim statt.

Der Markt für Elektrofahrräder wächst unaufhörlich. Alleine 2015 wurden mehr als 500 000 E-Bikes in Deutschland verkauft und viele liebäugeln damit sich ein Fahrrad mit elektrischer Antriebsunterstützung anzuschaffen. E-Bikes ermöglichen auch weniger geübten Fahrern relativ hohe Geschwindigkeiten, weshalb sich das sichere Abbremsen dieser Fahrzeuge für den einen oder anderen E-Biker als herausfordernd darstellt. Um hier ein Sicherheitsplus zu bieten, wurde seit September 2013 an der Hochschule Pforzheim an einem bremsdynamischen Assistenzsystem für E-Bikes geforscht, welches das Blockieren des Vorderrades und das Überschlagen bei zu starkem Bremsen verhindern soll. Das Forscherteam beantwortete Fragen nach den fahrradspezifischen Grundlagen, des aktuellen Unfallgeschehens und der modellbasierten Entwicklung eines solchen mechatronischen, aktiven Sicherheitssystems.

Im Rahmen der Abschlussveranstaltung des Forschungsprojektes „BikeSafe“ tauschten sich die Industriepartner über die Ergebnisse des geförderten Projektes aus. „Wir haben auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse einen neuen Lösungsansatz für ein E-Bike-taugliches Bremsassistenzsystems erarbeitet, welches auf einer mikro-mechanischen Sensorik zur Überschlagserkennung beruht“, skizziert Professor Jürgen Wrede in einem Satz das Forschungsergebnis.

Im Mittelpunkt der Abschlusspräsentation standen die Analyse- und funktionsorientierte Werkzeuge sowie die Ergebnisse aus dem prototypischen Funktionsnachweis. „Konkret wurde der Stand der Unfallforschung umfangreich aufgearbeitet und durch eigene Untersuchungen ergänzt“, so Oliver Maier M.Sc., hauptverantwortlicher wissenschaftlicher Projektmitarbeiter, „Die dynamischen Vorgänge bei Überschlag und Vorderradblockieren mit Fahrrädern bzw. E-Bikes und Fahrer sind wissenschaftlich beschrieben worden.“ Aufbauend auf die Modellbildung und Parametrierung von Fahrrad und Fahrer wurden verschiedenen validierte Simulationsmodelle erarbeitet, wie z. B. von der hydraulischen Scheibenbremse. Über Fahrversuche mit einem mit umfangreicher Sensorik bestückten Versuchsträger für bemannte und unbemannte Fahrversuche unter realen Bedingungen konnte eine aussagekräftige Parameterdatenbank für Trekkingrad, Reifen, Bremse, Fahrer erstellt werden. Unterstützung erfuhr das BikeSafe-Forscherteam auch durch das KIT. Dort konnte am Innentrommelprüfstand die erste längsdynamische Reifenmessung durchgeführt werden.

„Wir haben einen Hardware-in-the-Loop-Prüfstand aufgebaut, getestet und angewendet. Damit haben wir wichtige Parameter für den prototypischen Funktionsnachweis von Überschlagverhinderer mit Inertialsensorik und Vorderrad-Blockierschutz inkl. Sensitivitätsanalyse nachgewiesen und einen fahrbaren E-Bike-Versuchsträger gebaut“, erklärt Professor Martin Pfeiffer.

Zusammenfassend wurde eine vollständige Umgebung für die modellbasierte Entwicklung (MIL, Versuchsträger mit RCP, HIL) des bremsdynamischen Assistenzsystems geschaffen und erfolgreich bei Funktionsentwicklung angewendet. Es konnte damit die aus dem Automobilbereich bekannten modellbasierten Entwicklungsmethoden aufs Fahrrad übertragen werden.

Bei der Bearbeitung dieser Aufgaben wurde das Forscherteam von den Projektpartnern Fa. Robert Bosch GmbH, Gustav Magenwirth GmbH & Co. KG (Magura), IPG Automotive GmbH, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderprogramms Forschung an Fachhochschulen sowie dem Institut für Mobile Systeme an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg unterstützt.