e-BIKE Prüfstand Generischer Rollenprüfstand für e-Bikes

Abbildung 1: e-Bike Prüfstand

Die Hochschule stellt diesen e-Bike Prüfstand interessierten Parteien im Rahmen ihres Dienstleistungsangebotes zur Verfügung, um e-Bikes von einem unabhängigen Forschungsinstitut testen zu lassen.

Die wesentlichen Alleinstellungsmerkmale sind:

Der Teststand ist extrem flexibel konzipiert, so dass unterschiedliche e-Bikes sehr einfach installiert und getestet werden können. Dies umfasst

Abbildung 2: Höhenverstellbare Fahrersimulation für unterschiedliche Tretlagerhöhen

Die Streckensimulation erfolgt über eine Laufrolle, welche über einen leistungsstarken Motor gebremst oder (im Falle der Simulation von Gefälle) beschleunigt werden kann. Die Bremsleistung wird über ein ERS (Energy Recovery System) zurückgewonnen.

Die wesentlichen technischen Daten sind:

Die Messung des Drehmomentes erfolgt durch einen rotierenden Drehmomentsensor direkt an der Rolle und ist dadurch äusserst präzise. Zusätzlich sind die Reibungsverluste durch die Rollenlager bekannt, so dass Leistungsprofile von e-Bikes sehr genau evaluiert werden können.

Abbildung 3: Drehmomentsensor zwischen Motor und Rolle

Die Anpresskraft des e-Bike Hinterrads auf die Rolle wird durch einen Kolben am Vorderrad eingestellt und kann stufenlos bis zum Maximalwert von 1000 N variiert werden.

Praktisch beliebige Fahrerprofile können durch einen leistungsstarken Motor über das Tretlager simuliert werden. Auch Rückwärtsdrehen der Pedale durch den Fahrer kann simuliert werden. Verschiedene Profile umfassen:

• konstantes Fahrerdrehmoment
• variables Fahrerdrehmoment, z.B. sinusförmig, abhängig von der Pedalposition
• konstante Fahrerleistung

Die wesentlichen Kenndaten der Fahrersimulation sind:

Die Messung des Drehmomentes erfolgt durch einen rotierenden Drehmomentsensor direkt am Tretlager und ist dadurch äusserst präzise. Damit können Leistungsprofile von e-Bikes sehr genau aufgezeichnet werden.

Abbildung 4: Drehmomentsensor zwischen dem Tretlager und dem Motor

Im Folgenden sind Ergebnisse für ein bereits recht komplexes Testszenario gezeigt. Ein reales Streckenprofil von 5.5 km Länge wurde mittels der GPS Daten an den Teststand übertragen und dann über die Streckensimulation virtuell «abgefahren». Hierzu wurde für das Fahrerprofil eine konstante Leistung von 250 Watt gewählt. Dabei erzeugt die Rolle der Streckensimulation immer das korrekte physikalische Bremsmoment, welches sich zusammensetzt aus:

• dem simulierten Luftwiderstand bei der aktuellen Geschwindigkeit
• der simulierten Steigung (bzw. Gefälle)
• der simulierten Rollreibung des Vorderrads*

Damit ist es möglich, die realen physikalischen Gegebenheiten einer Strecke auf dem e-Bike Teststand nachzubilden. Dies beinhaltet auch die Simulation des Fahrtwindes.

* Da sich das Vorderrad nicht dreht, muss dessen Rollreibung durch die Streckensimulation virtuell erzeugt werden.

Abbildung 5: Eingebauter Ventilator für die Simulation des Fahrtwindes, welcher für die Kühlung des e-Bike Motors wichtig ist.

In den folgenden Abbildungen sind die Messergebnisse der simulierten Fahrt dargestellt.

Grafik 1: Drehmoment des Fahrers während der simulierten Strecke

Diese Abbildung zeigt das Moment, welches vom «virtuellen» Fahrer beim Abfahren der Strecke (Profil in schwarz) aufgebracht wird. In rot ist die Fahrt ohne Unterstützung durch den e-Bike Antrieb dargestellt und in grün mit maximaler Unterstützung. Deutlich ist zu erkennen, wie vor allem auf den Streckenabschnitten mit Steigungen die Unterstützung durch den e-Bike Antrieb zu einer Verringerung des Fahrerdrehmomentes (bzw. einem über die gesamte Strecke sehr ausgeglichenen Fahrermoment) führt.

Grafik 2: Geschwindigkeit des Fahrrads auf der simulierten Strecke

Grafik 3: Leistung der Streckensimulation

Da zusätzlich das an der Strecke simulierte Moment sowie die zugehörige Geschwindigkeit gemessen wird (obige Abbildungen), kann die Leistung des e-Bikes über die Strecke ermittelt werden.

Grafik 4: Leistung des e-Bikes über die simulierte Strecke