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Eine intelligente Bremse für E-Scooter

Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde an der TU Wien ein elektronischer Brems-Assistent entwickelt, die E-Scooter sicherer machen kann.

Portraitbild und Foto des Scooters

E-Scooter gehören längst zum alltäglichen Straßenbild – aber sie sind nicht ungefährlich: Über 1600 Menschen wurden laut Statistik Austria alleine in Österreich 2023 beim E-Scooter-Fahren verletzt. Eine der großen Gefahren beim Scooter-Fahren: Sie haben ein schlechtes Bremsverhalten.

Das soll sich nun aber ändern: Der TU-Student Stefano Cavosi entwickelte im Rahmen seiner Diplomarbeit bei Dr. Florian Klinger und Prof. Johannes Edelmann (Institut für Mechanik und Mechatronik, TU Wien) ein elektronisches Bremsassistenzsystem für Fahrzeuge aus dem Bereich der Mikromobilität, insbesondere für E-Scooter. Dafür wurde nun die Diplomarbeit vom Kuratorium für Verkehrssicherheit im Rahmen eines Gala-Abends im Technischen Museum Wien ausgezeichnet.

E-Scooter: Bremsen ist schwierig

E-Scooter fahren wirkt recht einfach – man muss nicht lange üben, um sich damit fortbewegen zu können. Aber das Bremsen ist schwieriger, als viele Leute zunächst annehmen: „E-Scooter haben ein schlechteres Bremsverhalten als andere Fahrzeuge, die Bremswege sind lang, die Bremsbeschleunigung ist eher gering“, sagt Florian Klinger. „Um Vorder- und Hinterradbremse effektiv zu handhaben, ist viel Erfahrung erforderlich. Nur mit einiger Übung kann man beide Bremsen so gut in Kombination benutzen, dass sich auch bei starkem Bremsen ein Überschlag verhindern lässt.“ Auch auf nassen oder rutschigen Stellen ist es mit dem E-Scooter oft schwierig, beim Bremsen einen Sturz zu vermeiden.

Das lässt sich mit ausgeklügelten technischen Methoden aber ändern. Bisher funktionieren E-Scooter-Bremsen ähnlich wie Fahrradbremsen: Die Bremse wird mit der Hand bedient, die Kraft wird dann mit Hilfe eines Bremsseils mechanisch aufs Rad übertragen, etwa durch eine Bremsscheibe. Alternativ kann man auch elektromagnetisch bremsen und einen Teil der Energie zurückgewinnen, dann wird der Bremsweg allerdings länger.

Stefano Cavosi ersetzte das durch ein Brake-by-Wire-System. Bei einem solchen System gibt es keine mechanische Verbindung zwischen Bremshebel und Rad, das Bremssignal wird rein elektrisch übertragen, wie stark an welchem Rad gebremst wird, entscheidet eine eingebaute Elektronik – und die ist so optimiert, dass ein Überschlagen oder Wegrutschen so gut wie möglich verhindert wird.

Mathematische Modelle und Experimente

Am Institut für Mechanik und Mechatronik wurde der elektrisch bremsbare Scooter entwickelt und ausführlich experimentell getestet. Damit war es auch möglich, theoretische Modelle zu validieren: „Es genügt nicht, das Verhalten des E-Scooters alleine zu berechnen, man muss das gekoppelte System aus Scooter und Mensch untersuchen“, erklärt Johannes Edelmann. „Bei uns wurde ein solches Mehrkörpersystem entwickelt, darauf basiert nun die Bremssteuerung des Scooters.“

Wie stark gebremst wird hängt allerdings nicht nur von der Bremskraft ab, sondern auch von der Reibung zwischen Rad und Untergrund – und diese Reibung kann sehr unterschiedlich sein, abhängig etwa von den Witterungsverhältnissen.  Daher werden auch verschiedene Methoden, die Bremswirkung korrekt vorherzusagen, zum Beispiel mit einem Nässesensor zur Reibwertschätzung entwickelt und getestet. Die Daten gehen dann in das elektronische Modell ein, das die Bremskraft an beiden Rädern optimal steuert.

Am 20 Juni 2024 wurde Stefano Cavosi für sein innovatives brake-by-wire Bremssystem für E-Scooter vom Kuratorium für Verkehrssicherheit ein Forschungspreis übergeben, dotiert mit 5000 Euro. Derzeit wird das System noch weiter verbessert – so sollen etwa zusätzliche Methoden eingebaut werden, die Position, die Gesamtmasse und die Schwerpunkthöhe von Fahrzeug und Mensch zu ermitteln.

Diese Parameter haben einen ebenso wichtigen Einfluss auf die optimale Bremsverteilung und Bremsstabilität wie die Fahrbahnverhältnisse und ermöglichen daher eine noch intelligentere Steuerung der Bremsleistung.

 

Kontakt

Prof. Johannes Edelmann
Institut für Mechanik und Mechatronik
FB Technische Dynamik und Fahrzeugdynamik
Technische Universität Wien
+43 1 58801 325 00
johannes.edelmann@tuwien.ac.at