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Sicher auf dem E-Bike? Probandenstudie auf dem Campus

Forschungsprojekt „BikeAssist“: Entwicklung eines Fahrerassistenzsystems für E-Bikes 


Fahrradfahrer sind neben Fußgängern die gefährdetsten Verkehrsteilnehmer. Vor allem bei Pedelec-Fahrenden zeigen Studien steigende Unfallzahlen. Die Gründe hierfür sind vielseitig – genauso wie die Unfallhergänge. Wie muss ein Assistenzsystem aussehen, das E-Bike-Fahren speziell für ungeübte Nutzer sicherer macht? Im März ist auf dem Campus der Hochschule Pforzheim die zweite mehrtägige Probandenstudie zum Thema „Sicherheit und Stabilität bei Pedelecs“ durchgeführt worden. Mehr als 60 Frauen und Männer zwischen 60 und 84 Jahren absolvierten auf einem mit Sensoren und Messtechnik ausgestatteten Pedelec verschiedene Fahraufgaben. Die Studie erfolgte im Rahmen des interdisziplinären Forschungsprojekts „BikeAssist - Querstabilisierung elektrisch unterstützter Fahrräder bei niedrigen Geschwindigkeiten“ der Hochschule Pforzheim: Der Doktorand Yannick Hanakam sowie die Professoren Dipl.-Ing. Jürgen Wrede, Dr.-Ing. Martin Pfeiffer, Dr.-Ing. Stefan Hillenbrand, Dr.-Ing. Peter Heidrich aus den Bereichen Maschinenbau und Informationstechnik sowie Frau Prof. Dr. Christa Wehner aus der Marktforschung und ihr Team gehen hier seit drei Jahren der Frage nach, wie die Stabilität eines E-Bikes bei geringen Geschwindigkeiten verbessert werden kann.

Probandenstudie des Forschungsprojekts „BikeAssist“ an der Hochschule Pforzheim: Mehr als 60 Frauen und Männer zwischen 60 und 84 Jahren absolvierten auf einem mit Sensoren und Messtechnik ausgestatteten Pedelec verschiedene Fahraufgaben.
Probandenstudie des Forschungsprojekts „BikeAssist“ an der Hochschule Pforzheim: Mehr als 60 Frauen und Männer zwischen 60 und 84 Jahren absolvierten auf einem mit Sensoren und Messtechnik ausgestatteten Pedelec verschiedene Fahraufgaben.
Probandenstudie des Forschungsprojekts „BikeAssist“ an der Hochschule Pforzheim: Mehr als 60 Frauen und Männer zwischen 60 und 84 Jahren absolvierten auf einem mit Sensoren und Messtechnik ausgestatteten Pedelec verschiedene Fahraufgaben.
Probandenstudie des Forschungsprojekts „BikeAssist“ an der Hochschule Pforzheim: Mehr als 60 Frauen und Männer zwischen 60 und 84 Jahren absolvierten auf einem mit Sensoren und Messtechnik ausgestatteten Pedelec verschiedene Fahraufgaben.
Probandenstudie des Forschungsprojekts „BikeAssist“ an der Hochschule Pforzheim: Mehr als 60 Frauen und Männer zwischen 60 und 84 Jahren absolvierten auf einem mit Sensoren und Messtechnik ausgestatteten Pedelec verschiedene Fahraufgaben.
Probandenstudie des Forschungsprojekts „BikeAssist“ an der Hochschule Pforzheim: Mehr als 60 Frauen und Männer zwischen 60 und 84 Jahren absolvierten auf einem mit Sensoren und Messtechnik ausgestatteten Pedelec verschiedene Fahraufgaben.

„In unserer ersten Probandenstudie 2020 erforschten wir die grundlegenden Anforderungen an ein Sicherheits- bzw. Assistenzsystem und stellten objektive Kriterien zur Beurteilung der Fahrstabilität anhand gemessener Größen auf“, so Christa Wehner. „Die aktuelle zweite Probandenstudie hat zum Ziel, nachzuweisen, dass das von uns entwickelte Assistenzsystem wirklich die Stabilität beim Pedelecfahren erhöht und zu prüfen, wie der Radfahrende den durch das Assistenzsystem vorgenommenen Eingriff zur Erhöhung der Stabilität empfindet.“ Hierzu wurden die objektiven Messdaten um die subjektiven Eindrücke der Probanden hinsichtlich ihres Fahrgefühls ergänzt. Die Probanden absolvierten jeweils eine Geradeausfahrt sowie einen Parcours, der eine Slalomfahrt sowie das Passieren einer engen Gasse verlangte. Auch der Schulterblick, das Abbiegen nach links und rechts sowie das Erkennen von Handzeichen und Ziffern waren Teile der Testfahrt. Die Geradeausfahrt wurde insgesamt neunmal, der Parcours von jedem Probanden sechsmal absolviert – jeweils zunächst einmal ohne und im weiteren Verlauf mit Unterstützung durch das Assistenzsystem in unterschiedlichen Variationen. Abschließend wurden die Probanden befragt, wie sie ihre Fahrleistung und ihr Gefühl der Fahrsicherheit jeweils im Vergleich einschätzten. Betreut wurden die Probanden entlang der Studie durch ein studentisches Team um Professorin Christa Wehner und Doktorand Yannick Hanakam: Marvin Gehm und Verena Willburger (beide Bachelorstudiengang „Maschinenbau/Produktentwicklung“), Tobias Fahr und Daniel Steudle (beide Absolventen des Bachelorstudiengangs „Maschinenbau/Produktentwicklung und aktuell im Masterstudiengang „Mechatronische Systementwicklung“), Simon Mörmann (Absolvent des Bachelorstudiengangs „Maschinenbau/Produktentwicklung“ und wissenschaftlicher Mitarbeiter des Instituts for Smart Bicycle Technology (ISBT)) sowie Anna-Lena Doll (Bachelorstudiengang „Marktforschung und Konsumentenpsychologie“) und Marius Buderer (Masterstudiengang „Marketing Intelligence“).

Elektrisch unterstützte Fahrräder, kurz E-Bikes oder Pedelecs, leisten einen wichtigen Beitrag zur Elektromobilität und sind der Mobilitätstrend der vergangenen Jahre. Durch die Elektrifizierung des Antriebs können Wege schneller und komfortabler sowie mit weniger Anstrengung zurückgelegt werden. Zusätzlich wird durch die Elektrifizierung die Möglichkeit geboten, neuartige Sicherheits- und Assistenzsysteme in Pedelecs einzusetzen. Die Entwicklung eines solchen Systems im Rahmen des Forschungsprojekts „BikeAssist“ an der Hochschule Pforzheim legt dabei den Fokus auf die Unterstützung des Gleichgewichthaltens bei geringen Geschwindigkeiten. „Aktuelle Studien zeigen, dass das Radfahren bei mittleren Geschwindigkeiten von den meisten Menschen problemlos beherrscht wird, das Gleichgewichthalten und das präzise Kurshalten bei geringen Geschwindigkeiten dagegen umso anspruchsvoller ist“, so Christa Wehner.

Rund 39.000 Euro ist das am BikeAssist-Pedelec implementierte Assistenzsystem samt Messtechnik wert. „Unser System ermittelt die Daten exakt. Gängige GPS-Sensoren erfassen beispielsweise die Position nur auf zehn Meter genau, während unser hochgenauer GPS-Sensor die Position des E-Bikes auf den Zentimeter genau erfasst – wir können quasi jeden noch so kleinen ‚Schlenker‘ erkennen und auswerten“, so BikeAssist-Doktorand Yannick Hanakam. Weiter erfassen Drehraten-, Lenk- und Beschleunigungssensoren hochgenau die Geschwindigkeit, die Fahrtrichtung sowie die Lenkbewegung des E-Bikes. „Darüber hinaus messen wir durch einen selbstentwickelten, in das Steuerrohr integrierten Lenkmomentsensor das vom Radfahrenden aufgebrachte Lenkmoment. Mit diesem können wir dann die zum Gleichgewichthalten erforderlichen Lenkbewegungen des Radfahrers analysieren“, so Yannick Hanakam. Zusätzlich wurde die Bewegung der Probanden über eine am Pedelec angebaute Kamera gefilmt. „Insgesamt zeichneten wir ca. 130 Messsignale von elf Sensoren auf“, so der Forschungsmitarbeiter.

Die BikeAssist-Forschungsarbeiten erfolgen am Institute for Smart Bicycle Technology (ISBT) der Hochschule Pforzheim. Das 2019 gegründete Institut bündelt Projekte und Entwicklungsaktivitäten der Hochschule Pforzheim in den Bereichen der Fahrradtechnologie. Gegenwärtige Schwerpunkte sind neben der Entwicklung neuer mechatronischer Fahrerassistenzsysteme die Komponenten- und Prüfstandsentwicklung für Fahrräder sowie die Entwicklung von Leichtbaukomponenten mit einem neuartigen 3D-Faser-Wickelroboter.

Das Projekt „BikeAssist“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms „Förderung von Forschung an Fachhochschulen“ gefördert. Projektpartner sind die Robert Bosch GmbH, die IPG Automotive GmbH sowie die Universität Rostock.