Automatisierte Gangschaltung für e-Bike Prüfstand

Automatisierte Gangschaltung für e-Bike Prüfstand

Luca Stalder

Problemstellung
Die maxon advanced robotics & systems ag entwickelt und vertreibt Antriebslösungen für e-mobility-Applikationen wie unter anderem e-Bikes. Zusammen mit dem Kompetenzzentrum Intelligent Sensors and Networks (CC ISN) der HSLU T&A wurde zum Teil auch in Bachelorarbeiten wie dieser ein in der Schweiz einzigartiger Rollenprüfstand entwickelt, um charakteristische Grössen von e-Bike Antrieben unter realistischen Bedingungen messen zu können. Beim Prüfstand wurden bereits viele Aspekte berücksichtigt, um Testfahrten möglichst realitätsnah simulieren zu können. Jedoch fehlte noch ein fundamentaler Aspekt, so konnten die Gänge nicht geschaltet werden. Dies wäre beim Abfahren von Strecken mit unterschiedlichen Steigungen wichtig, um daraus realitätsnahe Messergebnisse gewinnen zu können. Daher war das Ziel dieser Arbeit die Integration eines Schaltsystems, welches unter definierten Bedingungen automatisch schaltet.

Realisierung
Im ersten Schritt wurden verschiedene Schalt- und auch Antriebssysteme verglichen und unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse im Anschluss ein geeignetes Schaltsystem evaluiert. Dabei wurde die Verwendung eines elektrischen Schaltwerks, die elektrische Bedienung der Schalthebel sowie auch die Bewegung des Schaltkabels in Betracht gezogen. Letzteres hat sich schlussendlich durchgesetzt, weil sie generisch mit mechanischen Ketten- und Nabenschaltungen funktioniert, preislich am günstigsten ist und die Lieferzeit wenige Tage beträgt. Zudem war der Hersteller bereit, die nötigen Informationen zur Verfügung zu stellen, die eine Ansteuerung mit einem Mikrocontroller ermöglichen.

Ergebnisse
Die Schaltung wurde mit einem Mikrocontroller angesteuert, in den Prüfstand eingebunden und ein Algorithmus entwickelt, der aufgrund der Trittfrequenz automatisiert schaltet. Danach wurde mit Messungen das Resultat des Algorithmus geprüft und dieser so iterativ optimiert und erweitert, damit auch vorausschauend geschaltet werden kann. Da Menschen sehr unterschiedlich schalten, enthält der Algorithmus zudem verschiedene Parameter, mit denen diverse Schaltverhalten eingestellt werden können. Somit ist der Prüfstand um eine wichtige Funktion näher an die Realität gerückt.

Studienbetreuer Prof. Dr. Klaus Zahn
Preisstifter maxon advanced robotics & systems ag

E-Bike Prüfstand im Kompetenzzentrum Intelligent Sensors and Networks
Am e-Bike montierte D1x Trail
Vergleich von Streckenabfahrten mit / ohne Schalten
Vergleich von Streckenabfahrten ohne / mit vorausschauendem Schalte

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