Sicherer und spritziger auf dem Elektrokraftrad unterwegs
Dr. Buchholz mit einem Testfahrzeug
Allradantrieb für elektrische Zweiräder? Was bei Geländewagen und Fahrzeugen der oberen Mittelklasse keine Seltenheit ist, könnte in einigen Jahren auch bei E-Bikes und E-Motorrädern zum Standard werden. Am Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik der Universität Ulm entwickelt Dr. Michael Buchholz ein rein elektrisch betriebenes Kleinkraftrad, das durch einen zusätzlichen Antriebsmotor am Vorderrad agiler und vor allem sicherer werden soll. In etwa drei Jahren soll ein batterieversorgter Prototyp auf Teststrecken erprobt werden – mit einer Geschwindigkeit von bis zu 45 Kilometern pro Stunde und einem zusätzlichen Freiheitsgrad gegenüber herkömmlichen Elektrozweirädern.
Die Herausforderungen: das E-Bike muss weiterhin einfach zu bedienen sein und der Kaufpreis soll erschwinglich bleiben. „Wie kann ein Zweirad mit reinem Elektroantrieb in allen Fahrsituationen sicher betrieben werden, wenn beide Räder durch je einen Elektromotor mit einer funktionsintegrierten Gesamtsteuerung angetrieben werden?“ fasst Michael Buchholz das Forschungsvorhaben der Uni Ulm und der Industriepartner ID-Bike, IPDD und GIGATRONIK Technologies zusammen.
Beide Motoren dienen auch der Energierückgewinnung
Bis die innovativen Zweiräder auch wirklich verkehrstüchtig sind, liegt noch viel Arbeit vor den Ulmer Ingenieuren. In der Versuchshalle an der Universität steht bereits ein Testfahrzeug für Messungen zur Verfügung. Während die Ingenieure tüfteln, erobern herkömmliche E-Bikes die Metropolen der Welt – beste Startbedingungen also für den Allradler. Und so soll das Elektrorad der Zukunft funktionieren: Am Fahrzeug angebrachte Sensoren erfassen, in welcher fahrdynamischen Situation sich das E-Bike befindet, und leiten diese Informationen an ein Steuergerät weiter. Dann berechnet eine Software wahrscheinliche Aktionen des Fahrers und sendet entsprechende Signale an zwei Elektromotoren, die Vorder- und Hinterrad unabhängig voneinander antreiben oder abbremsen, oder an eine zusätzliche Reibbremse. Die situationsbedingte Verteilung von Antriebs- und Bremsmomenten ist wichtig, um zum Beispiel eine ausreichende Sicherheit bei Kurvenfahrten zu erreichen. Die beiden Motoren dienen allerdings nicht nur dem Antrieb, sondern auch der Energierückgewinnung. Diesen technischen Finessen zum Trotz, ist der Fahrer seinem Zweirad nicht ausgeliefert. Das E-Bike wird über den Lenker gesteuert, der Führer kann jederzeit die Kontrolle übernehmen – mechanische Notbremsungen sind also möglich. Ein solches Elektrokraftrad würde wohl ein besseres Fahrverhalten auf laub- oder schneebedeckten Wegen zeigen.
Dr. Michael Buchholz und Masterstudent Matthias Baumann entwickeln ein E-Bike mit Allradantrieb
Im Entwicklungsprozess des umweltfreundlichen Zweirads sind die Ulmer Ingenieure für die Informations- und Kommunikationstechnik zuständig: Sie wollen also bekannte Verfahren der Sensordatenverarbeitung, der modellbasierten Schätzung und Überwachung sowie die Regelung komplexer Prozesse auf Elektroräder übertragen. Dabei haben die Wissenschaftler stets die Energieeffizienz im Blick. Bei der konkreten Umsetzung des allradgetriebenen Demonstrators kommen die Projektpartner ins Spiel: GIGATRONIK Technologies stellt Entwicklungsleistungen und Kompetenz im Bereich der Leistungselektronik und dem Batteriemanagement zur Verfügung. Die Firma IPDD fördert das Projekt mit vielfältigen Entwicklungsarbeiten – unter anderem einer elektrisch betätigten Fahrbremse.
Der Markt für hochgerüstete Zweiräder ist noch unsicher
ID-Bike, Hersteller des ELMOTO E-Motorrads, baut schließlich die Fahrzeug-Prototypen auf.Gemeinsam wollen sie nach etwa drei Jahren Projektlaufzeit entscheiden, ob es einen Markt für die hochgerüsteten Zweiräder gibt. Das nutzerfreundliche E-Bike könnte dann eigentlich jeder steuern. Einzige Voraussetzung ist ein Mopedführerschein.
Das Projekt „Sicherheitsfahrwerk mit Elektroantrieb für E-Bikes und E-Motorräder“ wird vom Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg sowie von den beteiligten Unternehmen finanziert.
Am Ulmer Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik (Leitung: Professor Klaus Dietmayer) werden Verfahren der Mess- und Regelungstechnik sowie der Signalverarbeitung und Echtzeit-Optimierung erforscht – unter anderem für die Elektromobilität und für Fahrerassistenzsysteme. Aktuell arbeiten etwa 25 Wissenschaftler in verschiedenen Projekten. Dr. Michael Buchholz leitet am Institut den Forschungsschwerpunkt Elektromobilität.
Das Stuttgarter Start-up ID-Bike GmbH mit der Marke ELMOTO stellt als einziges Unternehmen E-Motorräder in Serie in Deutschland her. ID-Bike ist einst aus dem Design- und Entwicklungsdienstleister IPDD GmbH & Co. KG hervorgegangen – heute ein weiterer Projektpartner der Ulmer Ingenieure. Dazu kommt GIGATRONIK Technologies GmbH, bekannt für spezialisierte Entwicklungs- und Beratungsdienstleistungen in den Bereichen Elektronik, Embedded Systems-Entwicklung und IT-Systemlösungen.
Verantwortlich: Annika Bingmann, Pressestelle Uni Ulm