Sicher auf dem E-Bike? Probandenstudie auf dem Campus
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Interdisziplinäres Forschungsprojekt „BikeAssist“: Entwicklung eines Fahrerassistenzsystems für E-Bikes
Fahrradfahrer sind neben Fußgängern die gefährdetsten Verkehrsteilnehmer. Vor allem bei Pedelec-Fahrenden zeigen aktuelle 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? Vom 14. bis 30. September 2020 ist auf dem Campus der Hochschule Pforzheim eine Probandenstudie zum Thema „Sicherheit und Komfort auf Pedelecs“ durchgeführt worden. Mehr als 60 Frauen und Männer zwischen 60 und 82 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: 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 zwei Jahren der Frage nach, wie die Stabilität eines E-Bikes bei geringen Geschwindigkeiten verbessert werden kann.
„Diese Probandenstudie erforscht die grundlegenden Anforderungen an ein Sicherheits- bzw. Assistenzsystem und stellt objektive Kriterien zur Beurteilung der Fahrstabilität anhand gemessener Größen auf“, so Christa Wehner. Ergänzt wurden die objektiven Messdaten um die subjektiven Eindrücke der Probanden hinsichtlich ihres Sicherheits- und Wohlbefindens während der Fahrmanöver auf dem Hochschulgelände und im Wald. 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.
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.
Warum das so ist und wie hier zukünftig Abhilfe geschaffen werden könnte – dieser Frage ging das BikeAssist-Team mit enormem Aufwand auf den Grund: Auf einem Tennisplatz der Hochschule entlang der Tiefenbronner Straße wurde ein große Parcourstrecke errichtet. „Von 32 Grad im Schatten bis hin zu einstelligen Graden – egal bei welchem Wetter, die Stimmung war an jedem der insgesamt 12 Tage sehr gut. Die Probanden waren sehr angetan von der Professionalität und dem Umgang unseres Teams und waren begeistert bei der Sache. Einige Teilnehmer – viele von ihnen Ingenieure im Ruhestand – nutzten die Gelegenheit auch für intensive Fachgespräche mit unseren Technikern. Ein interessanter und spannender Austausch – für beide Seiten“, so Christa Wehner. Betreut wurden die Probanden entlang der Studie durch ein fünfköpfiges Team um Professorin Christa Wehner: Daniel Steudle und Marc Schulz (Masterstudiengang Mechatronische Systementwicklung) sowie Chantal Golfier und Paula Kuhlmann (Bachelorstudiengang Marktforschung und Konsumentenpsychologie) und Yannick Hanakam, Doktorand an der Fakultät für Technik.
Rund 39.000 Euro ist die am BikeAssist-Pedelec implementierte Sensortechnik wert. „Dieses Messsystem 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-Mitarbeiter Yannick Hanakam. Weiter erfassen Drehraten-, Lenk- und Beschleunigungssensoren hochgenau die Geschwindigkeit, die Fahrtrichtung sowie die Lenkbewegung des E-Bikes. „Darüber hinaus haben wir über Schnittstellenprogrammierung die Kommunikation mit den Daten hergestellt, die auch gängige Pedelecs vorhalten, wie den Grad der Unterstützungsstufe oder die Information über die zurückgelegten Kilometer“, so Yannick Hanakam. Auch die Bewegung der Radfahrer wurde erfasst: Ein in einem Brustgurt befestigtes Smartphone ermittelte über Beschleunigungs- und Drehratensensoren die Drehbewegung des Oberkörpers, 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.