Die Fakultät für Elektrotechnik der Hochschule Mannheim hat ein Leitprojekt Elektromobilität initiiert, in dessen Rahmen u.a. ein Prüfstand für elektrisch unterstützte Fahrräder, die sogenannten Pedelecs, entwickelt werden soll. Mit dem Prüfstand und seiner Entwicklung sollen zum einen Studierende an das Thema Elektromobilität herangeführt werden, andererseits sollen den Studierenden praxisnahe Arbeiten begleitend zu Vorlesungen ermöglicht werden. Dabei soll der Prüfstand aber auch tatsächliche Anforderungen der Zweirad-Industrie adressieren. Der Posterbeitrag trägt zunächst Anwendungsfälle für Pedelec-Prüfstände zusammen. Darauf aufbau-end werden Anforderungen für den Prüfstandsaufbau sowie benötigte Betriebsmodi abgeleitet.

Durch steigende Rohölpreise werden alternative Antriebsmöglichkeiten zu Verbrennungsmotoren gesucht, ein aussichtsreiches Konzept ist die Elektromobilität. Elektromotoren werden nicht nur bei Automobilen eingesetzt sondern auch bei Fahrrädern, zum Beispiel bei Pedelecs. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten für die Optimierung der Reichweite dieser Fahrräder untersucht. Dafür wird zuerst ein vereinfachtes Modell für ein Pedelec hergeleitet, mit dem die benötigte Energiemenge für eine vorgegebene Strecke errechnet wird. Auf Grundlage dieser Berechnung werden im zweiten Teil verschiedene Optimierungsmethoden untersucht. Anschließend wird die Implementierung einer Optimierungsmethode vorgestellt. Zum Abschluss erfolgt eine Diskussion der Ergebnisse, eine kurze Zusammenfassung und ein Ausblick auf zukünftige Aufgaben.

At low speeds, older cyclists have a higher risk of losing balance and having an accident on a pedelec than younger cyclists. A stability assistance system with an electric motor acting on the handlebars can provide steering assistance and help stabilize a pedelec. However, the steering interventions can possibly affect the cyclist and his riding experience. Using a steer assisted pedelec, this study investigates the influence of these interventions on the cyclist and his riding experience at low speeds.

Durch steigende Rohölpreise werden alternative Antriebsmöglichkeiten zu Verbrennungsmotoren gesucht, ein aussichtsreiches Konzept ist die Elektromobilität. Elektromotoren werden nicht nur bei Automobilen eingesetzt sondern auch bei Fahrrädern, zum Beispiel bei Pedelecs. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten für die Optimierung der Reichweite dieser Fahrräder untersucht. Dafür wird zuerst ein vereinfachtes Modell für ein Pedelec hergeleitet, mit dem die benötigte Energiemenge für eine vorgegebene Strecke errechnet wird. Auf Grundlage dieser Berechnung werden im zweiten Teil verschiedene Optimierungsmethoden untersucht. Anschließend wird die Implementierung einer Optimierungsmethode vorgestellt. Zum Abschluss erfolgt eine Diskussion der Ergebnisse, eine kurze Zusammenfassung und ein Ausblick auf zukünftige Aufgaben.:Abbildungsverzeichnis iii Tabellenverzeichnis iv Codeverzeichniss v Bibliographische Angaben vi 1. Einleitung 1 1.1. Motivation 1 1.2. Diskussion der Aufgabenstellung 1 1.3. Gliederung 2 2. Modellierungsbetrachtung 3 2.1. Arten von Elektrofahrrädern 3 2.2. Modellierung von Elektrofahrzeugen 3 2.3. Spezielles Modell am Beispiel des Pedelecs 5 2.3.1. Beschreibung des Test-Pedelecs 5 2.3.2. Modifizierung des allgemeinen Modells 6 2.3.3. Zusammensetzung der physikalischen Leistung 7 3. Routendatenaufbereitung 11 3.1. Dateiformat 11 3.2. Kartentools 12 3.2.1. Routenplanung 12 3.2.2. Auswertung gefahrener Routen 12 3.3. Umrechnung von geographischer Breite und Länge 13 3.4. überarbeitung der Höhendaten 15 4. Optimierung der Fahrerunterstützung 17 4.1. Vorbetrachtungen 17 4.2. GewählteOptimierungsmethode 21 4.2.1. Sortierte Rückwärtsmethode 22 4.2.2. Binäre Suche 24 5. Implementierung in Python 27 5.1. Vorbereitung der Daten 27 5.2. Berechnung der Leistung 27 5.3. Optimierung 28 5.4. Auswertung 28 6. Diskussion der Ergebnisse 29 6.1. Diskussion und Ansätze für Weiterentwicklungen 29 6.2. Zusammenfassung 30 6.3. Ausblick 31 Literaturverzeichnis 33 A. Quellcode 36 A.1. Modul optimizetrack 39 A.1.1. Optionen für den Aufruf 39 A.2. Modul optimize 39 A.2.1. Klasse Optimizer 39 A.3. Modul simplegpx 42 A.3.1. Klasse SimpleGPXPoint 42 A.4. Module trackwrapper 43 A.4.1. Globale Konstanten 43 A.4.2. Klasse TrackSegment 43 A.4.3. Klasse TrackData 44 B. Verzeichnisstruktur der Begleit-CD 54

This master thesis project is about easier commuting in a more eco-friendly way thus a new foldable pedelec - pedal electric cycle was created. The idea is that the commuters are able to fold their bicycle to a convenient size and store it under the desk in the office, in a trunk of a car, or even brought on a bus if used as a connecting transport. It incorporates the latest ergonomic, safety, display and drivetrain features in combination with a sleek single-fork design. This enables the pedelec to be folded more conveniently and save additional space. To appeal to a wider range of users they are given the opportunity to choose their own colour codes and personalize their own foldable pedelec.

The subject of this diploma thesis is design of electric assisted city bicycle – so called pedelec. The aim was to propose a design that will meet both the requirements of clientwork and the criteria of timeless design with modern materials and technology. The result is a design which, compared to commercially available electric bikes, stands out with much better weight distribution and user comfort.The thesis is soluted by design,technical, ergonomic, psychological and economic terms. Diploma thesis has 84 pages.

Elektrofahrräder liegen im Trend. Diese können die Bezeichnung Pedelec (Pedel Electric Cycle), S-Pedelec oder E-Bike tragen. Allein im Jahr 2013 wurden 410.000 dieser Fahrräder verkauft (Abbildung 1). Das kennzeichnende Merkmal ist der zusätzliche Elektromotor. Je nach Art der Motorunterstützung werden in Deutschland Fahrräder mit Tretunterstützung (Pedelec, S-Pedelec) und Fahrräder mit tretunabhängigem Zusatzantrieb (E-Bike) unterschieden. Fahrräder mit Tretunterstützung werden nach Leistung und Geschwindigkeit in Pedelec und S-Pedelec unterteilt. Pedelec sind Fahrräder mit Tretunterstützung bis zu 25 km/h und Motorunterstützung bis 250 Watt. Diese werden rechtlich wie Fahrräder behandelt und nutzen wie diese die Radverkehrsinfrastruktur. Sie können ohne Fahrerlaubnis, Radhelmpflicht oder Kfz-Versicherungsschutz gefahren werden. Dagegen werden schnelle Pedelec (S-Pedelec) mit Tretunterstützung bis 45 km/h und Motorunterstützung bis zu 500 Watt als Kleinkrafträder behandelt. Sie dürfen nur mit gültiger Fahrerlaubnis bzw. Mofa-Prüfbescheinigung, einem geeigneten Helm und KFZ-Versicherungsschutz gefahren werden. Den S-Pedelec ist die Nutzung der Radverkehrsinfrastruktur in der Regel nicht gestattet [1]. In Deutschland werden überwiegend Pedelec mit Tretunterstützung bis zu 25 km/h Höchstgeschwindigkeit und Motorunterstützung bis 250 Watt gefahren [1]. Nach Angaben des Zweirad-Industrie-Verbandes (ZIV) [2] beträgt der Marktanteil der S-Pedelec bzw. E-Bikes nur etwa 2 bis 3 % an allen Elektrofahrrädern. Mit der wachsenden Verbreitung der verschiedenen Elektrofahrräder ergeben sich neue Herausforderungen für die Verkehrssicherheit. Insbesondere die Frage, wie sich die potenziell höheren Geschwindigkeiten auf das Fahrverhalten und das Unfallgeschehen auswirken, ist bisher völlig offen. In Deutschland werden Elektrofahrräder bundesweit erst seit Januar 2014 separat in der polizeilichen Unfallanzeige erfasst. Mit belastbaren Unfalldaten ist daher nicht vor 2017 zu rechnen. In der Schweiz werden Elektrofahrräder bereits seit 2011 in der Unfallstatistik erfasst. Erste Ergebnisse zeigen eine erhöhte Schwere im Vergleich zu Fahrradunfällen. Auch sind besonders Personen ab 45 Jahre betroffen [3]. Allerdings sind die Ergebnisse nur bedingt übertragbar, da in der Schweiz Elektrofahrräder mit einer Motorunterstützung von bis zu 1.000 Watt zugelassen sind. Die Unfallforschung der Versicherer untersuchte daher gemeinsam mit der Technischen Universität Chemnitz die Mobilität, die Geschwindigkeit und die Verkehrssicherheit von Elektroradfahrern im Vergleich zu Fahrradfahrern in Deutschland. In dieser Veröffentlichung sind die wichtigsten Ergebnisse zusammengefasst. Alle Ergebnisse sind ausführlich im Forschungsbericht-Nr. 27 der UDV dokumentiert [4].

In a previous paper, we analyzed accidents of pedelec riders in 2019 and examined possible changes over the past years. We found that pedelec accidents still essentially resemble the classic two-wheeler accident characteristics, with certain specifics (e.g., higher age of riders involved in an accident, higher proportion of single-bicycle accidents, higher proportion of out-of-town accidents). Even though the number of pedelecs and pedelec accidents has increased in recent years, no qualitative changes in the characteristics of accidents compared to previous years seem to have occurred. We now have a large data base of riders and accidents and new data sources that offer the possibility for calculating accident risks by mileage-based analyses. In addition to absolute accident numbers, relative accident parameters are of particular interest for accident research and prevention. Using the same amount of physical effort pedelecs can be used to cover longer distances than bicycles. At the same time, longer distances increase the probability of being involved in an accident. On average, pedelec users cover 1.8 times as many kilometers per day as bicycle users do. We now have nationally representative data on the mileage of pedelec riders, so we can calculate mileage-based accident risks and get new insight into pedelec accidents. For comparison the accident risks of bicycle riders are used.

Cycling, as one of the oldest forms of mobility, is currently experiencing a renaissance. It supports active mobility and can have a positive influence on public health, the environment, climate and the traffic situation. Pedelecs (bicycles with an electric motor supporting the user up to a speed of 25 kmph) represent a new form of active mobility and are currently enjoying great popularity as they have the same benefits compared to conventional bicycles and, in addition, make cycling accessible to new user groups. With the growing number of pedelecs, however, potential for conflict also increases. Unfortunately, the majority of accidents cannot yet be analysed accordingly, as pedelec-specifiic characteristics are missing from the accident data. This fact in itself has already been proven as a barrier. Most accident studies focusing on pedelecs are based on police data from standardised accident forms [e.g. 1, 2, 3, 4]. Their findings can be summarised in the following key statements: Accidents with pedelecs are less frequent but more severe than those with conventional bicycles. For both, accidents on urban roads dominate, but pedelec accidents occur significantly more often on rural roads than conventional bicycle accidents. And: injured pedelec users, especially those fatally injured, are on average significantly older than injured users of conventional bicycles. But, standardised accident forms were initially designed for accidents with double-track motor vehicles, in particular passenger cars. Accidents with bicycles (especially pedelecs), are difficult to categorise with this systematic as important information is missing. For example, 'falling on ground' is not an accident category as cars normally won't do so, but for pedelec accidents, this information is fundamental. This acts as a barrier as bicycle-specific causes of accidents cannot be analysed. However, accident statistics are the most important basis for evidence-based measures in road safety work. The aim of this paper is therefore to identify and categorise pedelec-specific accident characteristics and to evaluate pedelec accidents on the basis of these characteristics to identify frequent and severe accident constellations. [From: Introduction]

Purpose: An increase in the number of pedelecs on Swedish roads is according to studies soon reality. This creates a need to adapt the bmp-grid (bike-, moped- and pedestrian-grid) to pedelecs for them to experience good security, accessibility and comfort while using it. The guidelines Swedish municipalities follow are VGU(Design of Roads and Streets) and the GCM-manual(Bike-, moped-, and pedestrian-manual) which currently do not take society’s future increase of pedelecs into account. VGU and the GCM-manual are tools that are commonly used during planning and design of roads and streets. The aim of the thesis is to use current advice and recommendations on how to adapt the bmp-grid to the pedelec and with this complete current guidelines for bmp-infrastructure. Method: The document-analysis is made on current federal documents that have an impact on bmp-design. Scetch-suggestions were then developed from the author’s personal improvement suggestions and from advice and recommendations gathered during the document-analysis and the theoretical framework. Findings: It was discovered that if the bmp-grid’s design allow bikes traveling up to 30km/h and has a good standard for bicycles according to VGU, then the infrastructure generally fulfil the needs of the pedelec. Altough there are still areas in VGU that needs complements. This need to be done on the design-guidelines so they can aid the adaption of the infrastructure to the pedelec during the planning- and design process. Necessary steps according to the result is to give clearer notifications on bmp-design, issue guidelines for choosing DTS, motivate minimal widths on roads, categories bikers and pedestrians into separate groups, give out more detailed descriptions of when separation of bikers and pedestrians should be done and also to specify different types of bike-users. When taking needs and claim of the pedelec into consideration the result shows that: adaption of the whole bmp-grid to the pedelec is not possible, to simplify priorities the bmp-grid needs to be divided into different sections, space should be taken from the car-traffic, solutions with mixed-traffic and bike-fields for pedelecs can be used in low-speed areas, larger opportunities to connect towns to increase commuting with bicycles appeared with the pedelec. Implications: After examining current guidelines regarding the design of the bmp-grid and gathering opinions on this from interviews the conclusion is that several areas in VGU needs completion. The following are recommendations on how to take the pedelec into consideration during the design-process:• Connect towns and urban-areas with bmp-grids to make use of pedelecs capacity.• Where there is not enough space for both cars and separated pedelec- and bike lanes the speed for car-traffic can be lowered to 30km/h. This creates opportunities with mixed-traffic or bike-lanes.• The width of existing roads and streets are often greater than what’s described in VGU. They can be made smaller to free space on roads for bicycle-infrastructure.• To prioritize which parts of the bmp-grid that needs design to allow pedelecs the bmp-grid can be divided into main- and local grid. The main grid should be design with consideration to the needs and claim of the pedelecs. Limitations: The limitation of the study lies in that none of the interviews where done with employees in any of the bigger municipalities in Sweden. This gives the study a general application in small- to middle-sized cities but not in bigger cities.Keywords: elcykel, ebike, pedelec, utformning, cykel, infrastruktur, infrastructure, society, planering, utformning, säkerhet, fordonstyp / Syfte: En ökning av antalet elcyklister på Sveriges vägnät är enligt studier snart verklighet. Detta skapar ett behov att dimensionera gcm-nätet för att med god säkerhet, framkomlighet och komfort möjliggöra elcykelns utbredning i samhället. De riktlinjer Sveriges kommuner har att tillgå är VGU(Vägar och gators utformning) och GCM-handboken(Gång-, cykel- och med handboken) vilka i nuläget inte tar hänsyn till elcykelns utbredning i samhället. VGU och GCM-handboken är framtagna verktyg för att användas vid planering och utformning av vägar och gator. Examensarbetets mål är att utifrån råd och rekommendationer för anpassning till elcykeln vid utformningen av gcm-vägnätet komplettera utformningsriktlinjer som i dagsläget styr planering och utformning av cykelinfrastrukturen. Metod: Dokumentanalysen är utförd på befintliga styr- och planeringsdokument som rör utformningen av gcm-nätet. Skissningsförslag har sedan tagits fram utifrån egna synpunkter på vad som bör förbättras och utifrån råd och rekommendationer som sammanställts ur dokumentanalysen och teoretiska ramverket. Empirin från dessa har sammanställts och synpunkter kring dessa har samlats in via intervjuer från projektörer på Värnamo kommun. Resultat: Det upptäcktes att om gcm-nätet utformas för hastigheter upp till 30 km/h och med god standard för cykel enligt VGU så uppfyller utformningen generellt elcyklisters behov. Trots det finns det flera punkter i VGU som bör kompletteras för att utformningsriktlinjerna ska underlätta planering och projektering med hänsyn till elcykeln. Åtgärder som bör göras enligt resultatet är att: ge klarare besked, ha riktlinjer för val av DTS, motivera minimimått, skilja på gående och cyklister som grupp, beskriva när separering av gående och cyklister bör ske, behandla olika cykeltyper och ändra rekommendationer för när orter och tätort bör bindas samman med gcm-nät.Med hänsyn till elcyklisters behov och anspråk visar resultatet att; hela gcm-nätet inte kan anpassas, uppdelning av gcm-nätet krävs för prioriteringar, utrymme bör tas från biltrafiken, blandtrafik och cykelfält kan användas vid låga hastigheter, större möjlighet finns att binda samman orter för att öka arbetspendling med cykel.Konsekvenser: Genom granskning av styr- och planeringsdokumenten och med respons från intervjuer kan slutsatsen tas att flera punkter i VGU bör kompletteras och följande rekommendationer för utformning med hänsyn till elcykeln ges: • Bind samman orter och tätort med gcm-nät för att ta vara på elcyklars kapacitet• Där utrymme inte finns för både biltrafik och separerade gc-banor kan hastigheten för biltrafik sänkas till 30 km/h. Detta möjliggör alternativ med blandtrafik eller cykelfält• Befintliga vägar och gator är ofta överdimensionerade vid jämförelse med VGU. Dessa kan göras smalare för att frigöra utrymme till cykelinfrastrukturen.• För att kunna prioritera vilka delar av gcm-nätet som bör utformas för elcyklister kan gcm-nätet delas upp i huvudnät och lokalnät. Huvudnätet ska då utformas med hänsyn till elcyklisters behov och anspråk. Begränsningar: Arbetets begränsning ligger i att ingen intervju gjorts med anställda i större kommuner vilket gör att arbetet endast kan ses som generellt för små till medelstora stadsexempel. Nyckelord: elcykel, ebike, pedelec, utformning, cykel, infrastruktur, infrastructure, society, planering, utformning, säkerhet, fordonstyp.