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Forscher der TU Kaiserslautern wollen Unfälle mit Pedelecs verhindern

Sicherheitsorientierte Fahrerassistenzsysteme für Elektrofahrräder (SIFAFE)

Ein dynamisches Hindernis
© Technische Universität Kaiserslautern

Ausgangssituation

Elektrofahrräder (insbesondere Pedelecs) sind ein wesentlicher Baustein für nachhaltige Mobilitätskonzepte. Neue Nutzerkreise (z. B. Wiedereinsteiger und ältere Menschen), neue Nutzungsprofile (z. B. Überlandstrecken und Lastenverkehr) und für wenig versierte Nutzer erhöhte Geschwindigkeiten machen für diesen neuen Fahrradtyp jedoch grundlegend neue Sicherheitskonzepte erforderlich. Passive Sicherheitseinrichtungen wie Helme wurden in vergangenen Jahren umfassend untersucht und sind weit verbreitet, reichen allerdings nicht aus. Aktive Sicherheitseinrichtungen wie Fahrerassistenzsysteme (FAS) sind dagegen für den Radverkehr bislang kaum verfügbar. Die technischen Voraussetzungen für aktive Sicherheitseinrichtungen, insbesondere die Energieversorgung, sind bei Elektrofahrrädern jedoch gegeben. Hier setzte das Projekt der Forscher um apl. Professor Daniel Görges (Fachgebiet für Elektromobilität, Fachbereich Elektro- und Informationstechnik) und Professor Wilko Manz (Institut für Mobilität und Verkehr, Fachbereich Bauingenieurwesen) an.

Projektidee und -ziele

Ziel des Projekts war es, neue FAS zu entwicklen, die Radfahrnde vor Hindernissen und weiteren Gefahren wirksam warnen und in kritischen Situationen gezielt unterstützen.

Projektdurchführung und Ergebnisse

Zunächst erfolgte eine Systematisierung der relevanten Unfallarten bei Elektrofahrrädern. Hierzu wurde die entsprechende Literatur gesichtet und ausgewertet (insbesondere Statistiken und Studien). Die statistisch am häufigsten vorkommenden Unfalltypen im Radverkehr passieren innerorts und treten beim Kreuzen, Einbiegen oder Queren der Fahrbahn auf. Ebenso sind Unfälle im Längsverkehr (durch überholende oder zu dicht auffahrende Kfz) sowie Alleinunfälle häufige Unfallarten. In den Statistiken musste jedoch von einer großen Dunkelziffer bezüglich der Unfallzahlen (insbesondere bei Alleinunfällen) ausgegangen werden, da in den meisten Fällen lediglich polizeilich erfasste Unfälle in Statistiken aufgeführt werden.

Die im Jahr 2015 national sowie international übereinstimmende Aussage zahlreicher Studien, dass Pedelecfahrende generell keinem erhöhten oder anders gelagerten Unfallrisiko unterliegen als Radfahrende mit konventionellen Fahrrädern, wurde inzwischen revidiert. Ein Indiz ist laut neueren Studien aus dem Jahr 2019, dass die Zahl der Unfälle mit Verletzten stärker gestiegen (30%) ist als die Verkaufszahl an Elektrofahrrädern (ca. 20%). Durch die Unterstützung des Elektromotors ergeben sich für Pedelecs andere Nutzergruppen im Vergleich zum konventionellen Fahrrad. Vor allem Senioren und bewegungseingeschränkte Menschen sowie auch Wiedereinsteiger nutzen den unterstützenden Elektromotor. Durch die im Vergleich zu den körperlichen Fähigkeiten erhöhten Geschwindigkeiten und die höhere Verletzlichkeit steigt die Zahl der Unfälle mit Verletzten an. 

Weiterhin wurde eine Systematisierung von gängigen Assistenzsystemen, wie sie in Pkw, Lkw und Krafträdern eingesetzt werden, durchgefürt. Hierbei wurden 18 Assistenzsysteme (z. B. Notbremsassistent und Spurverlassenswarnung) betrachtet und eine Übersicht ihrer Funktionsweise sowie der üblicherweise verwendeten Sensorik, Aktorik und Warneinrichtungen erstellt. Die Systematisierung diente als Orientierung für die Entwicklung von auf den Radverkehr zugeschnittenen Assistenzsystemen.

Um den Einfluss von Assistenzsystemen auf die Radverkehrssicherheit zu untersuchen, wurde eine Einschätzung des theoretischen Potentials zur Unfallbeeinflussung im Radverkehr anhand der Statistik der Verkehrsunfälle des Statistischen Bundesamtes aus dem Jahr 2015 durchgeführt. Hier hat sich gezeigt, dass gegenwärtig bis zu 19% der Unfälle durch bestimmte Assistenzsysteme beeinflussbar wären. Die Potenzialabschätzung basierte auf den aus dem Automobilsektor bekannten Funktionsweisen der Assistenzsysteme. Es wurde jedoch während des Projekts ersichtlich, dass diese Potenziale deutlich erhöht werden können durch gezielte Anpassungen und Erweiterungen der Funktionsweisen an die Bedürfnisse des Radverkehrs.

Ebenso wurde untersucht, welche Anforderungen die verschiedenen Komponenten eines Assistenzsystems im Fahrradbereich erfüllen müssen. Betrachtet wurden Anzeige- und Bedienelemente sowie Sensorik und Aktorik. Als wesentliche übergreifende Anforderungen wurden die Vibrations- und Witterungsresistenz sowie eine leichte und kompakte Bauform ermittelt. Für Sensorik und Aktorik sollte zudem ein möglichst geringer Energiebedarf angestrebt werden. Schließlich muss die technische und wirtschaftliche Realisierbarkeit der Komponenten beachtet werden.

Fahrerassistenzsysteme erfahren eine hohe Akzeptanz in der Bevölkerung. Dies konnte durch die Ergebnisse einer durchgeführten Online-Befragung gestützt werden. An der Befragung haben insgesamt knapp 300 Fahrrad- und Pedelecfahrerende teilgenommen. Dabei haben mehr als 80% der Befragten angegeben, dass sie Fahrerassistenzsystemen positiv gegenüberstehen. Ebenso haben sich Hinweise auf ein großes Marktpotenzial ergeben, da viele Systeme, wie beispielsweise Lichtsysteme, Spurwechselassistenz und Hinderniswarnung, von Nutzern gewünscht werden, aber noch nicht verfügbar sind. In der Nutzerbefragung haben 66% der Teilnehmenden zudem angegeben, dass sie bis zu 300 Euro für Assistenzsysteme am Elektrofahrrad ausgeben würden.

Basierend auf den meist gewünschten FAS aus der Nutzerstudie, den Systemen mit den höchsten Potentialen zur Unfallvermeidung sowie den technischen und wirtschaftlichen Betrachtungen wurden die folgenden Assistenzsysteme für den Einsatz in einem Versuchspedelec realisiert: Spurverlassenswarnung, Frontalkollisionswarnung, Fahrtrichtungsanzeiger. Als Bedienelemente wurden ein Smartphone sowie Taster eingesetzt. Als Warnelemente wurden eine optische und akustische Warnung über das Smartphone realisiert sowie ein haptisches Feedback über Vibrationsmotoren in den Lenkergriffen des Pedelecs. Neben den genannten im Rahmen des Projekts realisierten Systemen wurden weitere bereits auf dem Markt erhältliche Systeme für die Evaluation beschafft. Hierbei handelt es sich um ein Bremslicht, mehrere Markierungslichter sowie Fahrtrichtungsanzeiger.

Die verschiedenen Systeme wurden anschließend in einer Probandenstudie getestet. Hierbei wurde ein Testparcours erstellt, auf welchem die Assistenzsysteme durch die Probanden getestet und anschließend bewertet wurden. Ebenso wurden die unterschiedlichen passiven Systeme bewertet, wie der Fahrtrichtungsanzeiger (ugs. Blinker), eine Bremsleuchte und Markierungslichter. Dabei wurden die aktiven Systeme von zwei Dritteln als zuverlässig bewertet. Die Bewertung der Zuverlässigkeit wurde bei den passiven Systemen ausgelassen. In puncto Sicherheit und Stresslevel fühlten sich über die Hälfte durch die passiven Lichtsysteme sicherer, mehr als 30% auch entspannter als ohne. Es zeichnet sich der generelle Bedarf und Nutzerwunsch nach Assistenzsystemen für Fahrräder (mit und ohne Elektromotor) ab. Insbesondere die Lichtsysteme wurden positiv und würden laut durchgeführter Probandenstudie mehrheitlich gekauft werden, sofern sie auf dem Markt verfügbar und rechtlich zugelassen wären.

Vertiefender Forschungsbedarf für den Einsatz im Radverkehr besteht bei Warneinrichtungen (Ausführungsformen von Warneinrichtungen, Zeitpunkt der Warnung), der Umfelderfassung (Detektion von Radverkehrsinfrastruktur, Sensorreichweiten, Kombination von Sensoren) sowie der Fahrerabsichtserkennung. Zudem haben sich besonders auf Funktionsebene vielfältige Forschungsfragestellungen. Hier ist insbesondere die Einbindung des Radverkehrs in eine zukünftige Kommunikation zwischen Fahrzeugen und mit der Infrastruktur ein wichtiges Forschungsfeld zu nennen, welches eine Vielzahl an neuen oder verbesserten Funktionen ermöglichen würde und gleichzeitig aufgrund der Kommunikationsmöglichkeit die Umfelderfassung sowie Fahrerabsichtserkennung verbessern könnte. Ebenso wäre eine Detailanalyse der existierenden In-Depth-Unfalldatenbanken sinnvoll, um ggf. neue Assistenzfunktionen entwickeln zu können, welche die besonders kritischen bzw. häufigsten Unfallursachen, welche nicht durch die hier betrachteten Systeme abgedeckt werden, adressieren.

Insgesamt lieferte das Projekt grundlegende Erkenntnisse für die Konzeption und Realisierung von Assistenzsystemen für den Einsatz an Elektrofahrrädern. Ebenso konnte weiterer vertiefender Forschungsbedarf aufgezeigt werden. Anhand der Nutzer- und Probandenstudien konnte ein großes Interesse an Assistenzsystemen für den Radverkehr festgestellt werden, wobei insbesondere ein großes Interesse an Lichtsystemen bestand.

Warum handelt es sich um ein innovatives und nachahmenswertes Beispiel?

Das Projekt trägt zu einer Förderung des Radverkehrs in Deutschland bei, denn es adressiert Sicherheitsaspekte im Fahrradverkehr, die bis dato als Hemmfaktor bei bestimmten Nutzergruppen vorhanden sind. Zudem ermöglicht es, die Sicherheit im Straßenverkehr auch für andere Verkehrsteilnehmer zu verbessern. Gleichzeitig lenkt es den Fokus der bis dato automobilfokussierten Entwicklung von FAS auf das hierfür neue Anwendungsfeld Elektrofahrräder. Die Resultate des Projekts können nach Projektende unmittelbar für konkrete Realisierungen herangezogen werden und auf weitere Arten von Fahrädern (S-Pedelecs, E-Bikes, konventionelle Fahrräder) übertragen werden.

Finanzierung

Finanzierung: 
Bundesmittel
Gesamtvolumen: 
396 105 €
Erläuterungen: 

Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) aus Mitteln zur Umsetzung des Nationalen Radverkehrsplans (NRVP 2020) gefördert.

Evaluation

Evaluation: 
ja
Erläuterungen: 

Prozessevaluation

Das Projekt wurde durch einen Projektbeirat mit Vertretern aus den Nutzerverbänden, den Industrieverbänden, den Verkehrswissenschaften und der Fahrzeugtechnik in drei Sitzungen kontinuierlich begleitet.

Wirkungsevaluation

Die Wirksamkeit der verschiedenen sicherheitsorientierten Fahrerassistenzsystemen wurde im Rahmen des Projekts umfassend evaluiert. Es wurden insbesondere folgende Fragestellungen beantwortet:

  • Wirksamkeit des FAS
  • Ablenkung durch das FAS
  • Nutzerakzeptanz des FAS
  • Zuverlässigkeit des FAS
  • Kosten und Verbaubarkeit des FAS

Für die Evaluierung wurden Fahrversuche mit Probanden auf einem Testpacour durchgeführt. Hierzu konnte bei den Fachgebieten auf umfangreiche Messtechnik zurückgegriffen werden. Es wurden verschiedene alltägliche Gefahrensituationen nachgestellt, um an diesen die Wirksamkeit der FAS beurteilen zu können. Dies waren beispielsweise Fahrten auf unterschiedlich griffigem Untergrund, abrupte Ausweichmanöver, Spurwechsel, abrupt öffnende Autotüren etc. Die Testpersonen wurden nach jeder Testfahrt einer Befragung unterzogen.

Projektträger & Beteiligte

Projektleitung: 

Technische Universität Kaiserslautern, Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik

Projektbeteiligte: 

Technische Universität Kaiserslautern, Fachbereich Bauingenieurwesen

Laufzeit

Dauermaßnahme: 
nein
Projektstart: 
Juli 2016
Projektende: 
Juni 2019

Kontakt

Ansprechpartner auf Projektebene: 

Daniel Görges
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Technische Universität Kaiserslautern
Erwin-Schrödinger-Straße 12
Telefon: 0631 205 2091
Telefax: 0631 205 4205
E-Mail: goerges@eit.uni-kl.de
Internet: www.eit.uni-kl.de/jem/

Wilko Manz
Institut für Mobilität und Verkehr (imove)
Technische Universität Kaiserslautern
Paul-Ehrlich-Straße 14
Telefon: 0631 205 2988
Telefax: 0631 205 3905
E-Mail: wilko.manz@bauing.uni-kl.de
Internet: imove-kl.de

Meta-Info
Stand der Information
30. April 2020
Autor
Daniel Görges, Andreas Weißmann (Technische Universität Kaiserslautern) Wilko Manz, Nicolas Mellinger (Universität Kaiserslautern)
NRVP-Handlungsfelder
Fahrradthemen
Schlagworte
Land
Deutschland