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Aufbau eines Prüfstands zur Validierung von Antiblockiersystemen an E-Bikes
Ansatz hat potenzielle Anwendungen in der Automobil- und Bauindustrie
„Wir dachten zunächst, dass es eine Herausforderung sein würde, Speedgoat mit Simulink zu verbinden, weil wir das noch nie zuvor gemacht hatten. Dank der verfügbaren Schnittstellenbibliotheken und der Dokumentation von MathWorks und Speedgoat war es jedoch viel einfacher als erwartet.“
Wichtigste Ergebnisse
- Ein HIL-Prüfstand ermöglichte eine sichere, zuverlässige und reproduzierbare Validierung von ABS-Systemen an E-Bikes in einer Laborumgebung und verringerte so die mit starkem Bremsen bei Tests auf der Straße verbundenen Risiken.
- Ein vollständig anpassbares Fahrradmodell kann sich an jede Art von E-Bike oder Gewichtsverteilung anpassen und ermöglicht gleichzeitig die Integration vorhandener ABS-Systeme verschiedener Hersteller
- Das Team von HES-SO entwickelte ein Know-how, das auf die Automobil- und Baumaschinenbranche anwendbar ist
Ein HIL-Testbench-Aufbau (oben) zusammen mit Validierungsergebnissen (unten).
E-Bikes erfreuen sich für zahlreiche private und geschäftliche Anwendungen zunehmender Beliebtheit. Da bei diesen Fahrzeugen die Sicherheit eine wichtige Rolle spielt, hat die E-Bike-Industrie begonnen, das Antiblockiersystems (ABS) einzuführen. Allerdings ist das Testen von ABS an E-Bikes schwierig – insbesondere in der Anfangsphase der Validierung auf Straßen –, da starkes Bremsen mit Blockieren des Vorderrads ein Risiko für den Fahrer darstellt.
Um diese Herausforderung zu meistern, beschloss Professor Emmanuel Viennet von der Hochschule für Ingenieurwissenschaften Fribourg (HES-SO Fribourg) in der Schweiz, einen Hardware-in-the-Loop (HIL)-Teststand zu bauen, der eine sichere, zuverlässige und reproduzierbare Validierung von ABS bei E-Bikes im Labor ermöglicht. Das Team von Professor Viennet entwickelte ein Simulink®‑Regelstreckenmodell eines E-Bikes, indem sie die Gleichungen von Grund auf neu schrieben. Aus Messungen an einem realen Zweirad mit deaktiviertem ABS wurden Kennwerte wie Kraftübertragung auf die Bremssattel, Reibungskoeffizient zwischen Bremsscheibe und Belag sowie Federungsverhalten ermittelt. Das Team stellte fest, dass die simulierte Vorderradgeschwindigkeit, Verzögerung und Längsbeschleunigung weitgehend mit den Ergebnissen des echten Fahrrads übereinstimmten. Aus diesem validierten Simulink-Modell wurde dann Code generiert und auf einen Speedgoat®-Echtzeitcomputer heruntergeladen, der selbst mit der ABS-Hardware verbunden ist.
Der physikalische Prüfstand umfasst einen Lenker mit einem hydraulischen Vorderradbremshebel, der von einem pneumatischen Zylinder betätigt wird. Ein Sensor erkennt die Kraft am Bremssattel und dient als einziger Input für das virtuelle E-Bike. Ein von einem Elektromotor und einem Signal vom Echtzeitmodell angetriebenes Tonrad simuliert die Drehung des Vorderrads, um das Geschwindigkeitssensorsignal für das ABS zu erzeugen. Darüber hinaus simuliert das Echtzeitmodell das eingebettete Inertialmessgerät (IMU), indem es die E-Bike-Beschleunigung berechnet und diese mithilfe der Speedgoat I/O-Treiberbibliothek per CAN-Nachricht an die ABS-Hardware überträgt.
Das Fahrradmodell ist vollständig anpassbar und kann so an jeden E-Bike-Typ und jede Gewichtsverteilung angepasst werden. Es lässt sich in bestehende ABS-Systeme verschiedener Anbieter integrieren und ermöglicht eine Testautomatisierung. Damit können E-Bike-Hersteller und ABS-Hersteller die Leistung für zahlreiche Testfälle schnell, quantitativ, sicher und reproduzierbar validieren. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen dem HES-SO-Team in zukünftigen Entwicklungsprojekten in der Automobil- und Baumaschinenindustrie zugute kommen.
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