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Erfolgreiche kooperative Promotion

"Modellbasierte Entwicklung eines aktiven Sicherheitssystems für elektrifizierte Fahrräder“


Oliver Maier, Absolvent des Master-Studiengangs Produktentwicklung der Hochschule Pforzheim, konnte seine Promotion am 8. Januar 2018 erfolgreich verteidigen. Seine Dissertation mit dem Titel "Modellbasierte Entwicklung eines aktiven Sicherheitssystems für elektrifizierte Fahrräder“ entstand im Rahmen einer Kooperation zwischen der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und dem an der Hochschule Pforzheim angesiedelten interdisziplinären Forschungsprojekt „BikeSafe“. Von 2013 bis 2016 wurden hier an der Fakultät für Technik in den beiden Fachbereichen Maschinenbau und Informationstechnik Assistenz- und Sicherheitssysteme für Elektrofahrräder entwickelt. Oliver Maier begleitete diese Forschungsarbeiten als Doktorand und technischer Projektleiter.

„Die Verkehrssicherheit von Fahrrädern zu erhöhen, ist ein aktuell wissenschaftlich noch kaum bearbeitetes Forschungsfeld. Meine Dissertation ‚Modellbasierte Entwicklung eines aktiven Sicherheitssystems für elektrifizierte Fahrräder‘ ist insofern als wichtige Pionierarbeit zu verstehen, weil sie die Grundlage für weitere Forschungsarbeiten in diesem Bereich bildet,“ beschreibt Oliver Maier die Motivation seiner über 200 Seiten umfassenden Arbeit – die mit "Magna cum Laude" bewertet wurde.

Die elektrische Energie bei E-Bikes erleichtert nicht nur die Fortbewegung, sie bietet darüber hinaus auch neue funktionale Möglichkeiten, wie beispielsweise den Betrieb eines aktiven Sicherheitssystems, das den Bremsvorgang unterstützt. Im Rahmen seiner Arbeit entwickelte Oliver Maier ein solches System: Das sogenannte bremsdynamische Assistenzsystem zielt auf hydraulisch betätigte Bremsen ab, beeinflusst die kritischen Fahrsituationen durch Bremsdruckmodulation und ist untergliedert in Blockierverhinderer und Überschlagverhinderer. „Die Vorderradblockade sowie der Überschlag um die Fahrzeugquerachse werden dadurch erfolgreich verhindert“, erklärt der 29-Jährige.

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. „Der Blockierverhinderer kombiniert gängige Reglerentwürfe und verwendet die aus dem Drehzahlsensorsignal am Vorderrad berechnete Radumfangsbeschleunigung als Regelgröße“, beschreibt Oliver Maier die technischen Grundlagen. „Der Überschlagverhinderer basiert auf einer Zweipunktregelung in der Zustandsebene und nutzt die von einer Inertialsensoreinheit am Fahrradaufbau gemessene Vertikalbeschleunigung und Nickrate.“

Hintergrund: Oliver Maier
Oliver Maier beendete 2013 sein Bachelor-Studium im Studiengang Maschinenbau an der Hochschule Pforzheim. Nach dem anschließenden Master-Studium Produktentwicklung, ebenfalls an der Hochschule Pforzheim, begann er seine kooperative Doktorarbeit, die von Prof. Dr.-Ing. Roland Kasper von der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg als Erstgutachter und Prof. Dr. rer. nat. Frank Gauterin vom KIT als Zweitprüfer betreut wurde. Seit Anfang 2017 arbeitet Oliver Maier als Forschungsingenieur bei Bosch eBike Systems im Bereich der Systementwicklung, konkret der Systemarchitektur und –simulation. 

Hintergrund: Forschungsprojekt BikeSafe
Fahrrad fahren ist ein Trendsport! Inzwischen ist jedes zehnte verkaufte Rad motorisiert. Immer mehr Hobbyradler nutzen die zwei Räder für Bewegung oder als Ersatz für das Auto. Im Rahmen des 2013 begonnenen und vom BMBF im Rahmen des Programmes FHPRofUnt geförderten Forschungsprojektes „BikeSafe“ ermittelte die Hochschule Pforzheim zusammen mit den Industriepartnern Bosch, Magura und IPG Automotive Basisdaten und entwickelte Assistenz- und Sicherheitssysteme für Elektrofahrräder. Das Forschungs-Projekt unter Leitung von Prof. Jürgen Wrede und Prof. Martin Pfeiffer verfolgte das Ziel, bei einer Vollbremsung blockierende Räder sowie das Abheben des Hinterrades zu verhindern.