Hochschule Rhein-Waal arbeitet am intelligenten E-Bike und Pedelec

Hochschule Rhein-Waal : Das intelligente E-Bike

Prof. Dirk Nissing und sein Team arbeiten an smarten Fahrrädern, die ihre Strecke „vorausdenken“ und immer genug „Saft“ im Akku haben sollen. In Zukunft könnten sie auch helfen, Unfälle zu verhindern.

Kabel führen am Rahmen des E-Bikes entlang, eine schwere Kette treibt die Kurbel an, das Hinterrad klemmt auf einem Rollenstand, das Vorderrrad fehlt. Es lehnt ein Stück weiter an der Wand. Aufrecht gehalten wird das Rad von einer Aluminium-Konstruktion und einem Stahlseil. Das Rad reißt auf einem Rollenstand Kilometer ab – im Stand, aber mit allem, was ein Fahrrad erleben kann, denn mit dem Rollenstand lassen sich alle Fahrsituationen reproduzierbar simulieren: Bergauf- und Bergabfahrten, schnelle Fahrten mit voller E-Unterstützung, Gegen- und Rückenwind-Fahrten oder auch nur einfach gemütliches Bummeln.

Denn das Fahrrad soll lernen, lernen mit dem Streckenprofil „vorauszudenken“, soll noch Energie im Akku haben, wenn am Ende der Strecke eine starke Steigung steht. Zum Beispiel der Klever Berg. „Dann wollen wir ja nicht auf die Unterstützung verzichten und das durch die Technik schwerere Rad auch noch mit Muskelkraft den Berg hoch fahren müssen“, sagt Dirk Nissing.

Professor Dirk Nissing (l.) und Arjun Viswanathan zeigen eines der Fahrräder für ihr Projekt. Foto: Evers, Gottfried (eve)

Nissing ist Professor für Regelungstechnik und Dekan der Fakultät Technik und Bionik an der Hochschule Rhein-Waal. Sein Team arbeitet daran, E-Bikes intelligent zu machen. Überhaupt konzentrieren sich Teams der Fakultät Technik und Bionik auf Bike und E-Bike (teilweise ist auch die HAN, die Hochschule Arnheim-Nimwegen an Bord), auf leichte elektrisch unterstützte Fahrzeuge, auf die Nachhaltigkeit von E-Bikes. Es geht um Batterie-Management-Systeme und eben um intelligente E-Bike-Systeme, die den Fahrer begleiten. Wie die exakte Kontrolle der Ressourcen, die noch in der Batterie stecken und von denen noch der Rest für den letzten Berg verbleiben sollte.

Mit der Eisenkette wird die Kurbel gedreht. Foto: Evers, Gottfried (eve)

„Am Rechner haben wir das schon simuliert – das funktioniert“, sagt Arjun Viswanathan, Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Hochschule Rhein-Waal. Die Besonderheit bei dem System der Hochschule ist, das es „vorausschauend“ ist, während andere angekündigte Systeme bis jetzt lediglich den Betriebszustand an aktuelle Gegebenheiten anpassen, so Nissing. Dazu sollte das Navi oder das Navi im Smartphone, das das Höhenprofil einer Strecke „kennt“ und somit die Steigungs- und Gefällestrecken auf der Tour im Voraus „weiß“, mit dem Fahrrad verbunden sein. Vielleicht auch über eine Schnittstelle mit GoogleMaps, erklären die Ingenieure. Sie wollen eine Steuerung entwickeln, der die Informationen vom Navi und die vom Fahrrad zusammenführt und entsprechend die elektrische Unterstützung für den Fahrer anpasst – damit immer genug „Saft“ für die ganze Fahrt da ist.

Hinzu kommt, dass die Herstellerangaben zu den Reichweiten der E-Bikes oftmals optimistisch sind und nur für Idealbedingungen gelten. Wer ausschließlich bei voller E-Unterstützung fährt, bei kälteren Temperaturen unterwegs ist oder ein ambitionierten Höhenprofil bewältigen muss, der merkt bald, dass die Reichweite schnell schrumpft. Auch dies soll die neue Steuerung einrechnen und die E-Unterstützung entsprechend anpassen. „Das ist eine klassische mechatronische Aufgabe“, sagt Nissing. Auf der einen Seite steht die Software für die Datenverarbeitung, auf der anderen Seite müssen Sensoren am Rad die Daten liefern, damit der Rad-Rechner auch zu richtigen Ergebnissen kommt und das ganze exakt steuern kann.

Der Rechner bzw. Microcontroller selbst ist nicht sonderlich groß: „Maximal wie ein Smartphone“, sagt Viswanathan. Jetzt setzen Viswanathan und Nissing zunächst die Erkenntnisse aus der Simulation am Rechner auf den Rollenprüfstand um, dann kann das Rad raus in den richtigen Betrieb. Aber das wird noch ein Jahr dauern. Bei der Untersuchung sind auch die Studenten der Fakultät eingebunden - gibt es entsprechende Bachelor- und Masterarbeiten.

Das Ziel: Das E-Bike soll intelligenter werden. Und künftig, mit Blick auf die vielen Unfälle, über eine solche Steuerung vielleicht auch ein Stück sicherer: „Mit dem Navi kann das Fahrrad auch Kurven erkennen. Und wenn dann eine Kurve zu eng ist, um die bei vollem Tempo mit E-Unterstützung zu fahren, dann wird die E-Unterstützung eben herausgenommen“, nennt Nissing ein Beispiel. Das Rad wird langsamer oder der Fahrer muss mehr treten, wenn er meint, die Kurve in vollem Tempo fahren zu können. „Wir müssen uns eben vergegenwärtigen, dass Sicherheitssysteme, die es fürs Autos gibt, in Teilen auch für Fahrräder interessant sein können, daran arbeiten wir“, sagt Nissing.

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