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Die bei elektrifizierten Fahrrädern vorhandene elektrische Energie bietet neue funktionale Möglichkeiten wie zum Beispiel ein aktives Sicherheitssystem zur Unterstützung des Fahrers beim Bremsvorgang. Im Rahmen dieser Arbeit wird durch einen fahrbaren Prototypen die Machbarkeit eines solchen Systems nachgewiesen, welches die Vorderradblockade als auch den Überschlag (um die Fahrzeugquerachse) verhindert. Das sogenannte bremsdynamische Assistenzsystem zielt auf hydraulisch betätigte Bremsen ab, beeinflusst die kritischen Fahrsituationen durch Bremsdruckmodulation und ist untergliedert in Blockierverhinderer (BV) und Überschlagverhinderer (ÜV). Methodisch wurde das aus dem Kraftfahrzeugbau für mechatronische Systeme bewährte V-Modell exemplarisch auf das Fahrrad übertragen. Wesentlicher Bestandteil des V-Modells ist die Systementwicklung mithilfe von Modellen. Hierfür wurde eine durchgängige modellbasierte Entwicklungsumgebung bestehend aus Model-in-the-Loop Simulation, Hardware-in-theLoop Prüfstand und Rapid-Control-Prototyping Versuchsträger geschaffen. Die Umgebung ermöglicht, aktive Sicherheitssysteme großteils ohne aufwändige und gefährliche Fahrversuche zu entwickeln. Der BV kombiniert aus der Literatur bekannte Reglerentwürfe und verwendet die aus dem Drehzahlsensorsignal am Vorderrad berechnete Radumfangsbeschleunigung als Regelgröße. Während der Systemtests verhinderte der BV außer bei niedrigen Geschwindigkeiten von kleiner 10 km/h eine Vorderradblockade und garantierte so die Stabilität und Lenkbarkeit des Fahrrads. Der ÜV basiert auf einer Zweipunktregelung in der Zustandsebene und nutzt die von einer Inertialsensoreinheit am Fahrradaufbau gemessene Vertikalbeschleunigung und Nickrate. Im Gegensatz zu bekannten Systemen ist ein Drehzahlsensor am Hinterrad nicht nötig. Der ÜV zeigt in den Systemtests sowohl eine hohe Robustheit als auch Zuverlässigkeit und erfüllt die gestellten Anforderungen insbesondere hinsichtlich einer geringen Hinterradabhebehöhe und -dauer. |
