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Projektbeispiel: Bike Simulator

Downhill auf dem Bike-Simulator

Ein an der ZHAW School of Engineering entwickelter Simulator macht es möglich, mit einem Fahrrad diverse Strecken mit unterschiedlichem Untergrund zurückzulegen, ohne den Raum zu verlassen. Das dient einem Fahrradhersteller für Materialtests, kann aber auch in ergonomischen Fragestellungen hilfreich sein.

Wer am Institut für Mechanische Systeme (IMES) auf dem Bike-Simulator in die Pedale tritt, sieht die Strecke auf einem Bildschirm vor sich und spürt dabei den holprigen Untergrund direkt am Lenker, denn die Erschütterung wird auf die Federgabel übertragen. «Um ein möglichst reales Streckenprofil zu erstellen, wurde die echte Fahrt vorgängig mit der Videokamera aufgenommen und mit einem Beschleunigungssensor aufgezeichnet», erklärt Daniel Baumgartner, der das Projekt am IMES leitet. Der Simulator bildet also die Hindernisse und Erschütterungen ab, die tatsächlich mit einem Fahrrad zurückgelegt wurden.

Zusammenarbeit mit Fahrradhersteller

Ursprünglich war der Bike-Simulator als reines Demo-Objekt für die «Nacht der Technik» an der ZHAW School of Engineering geplant. Als solches wurde das Projekt zunächst auch umgesetzt. Im Hinterkopf hatten Daniel Baumgartner und sein Team aber bereits von Anfang an eine industrielle Nutzung, beispielsweise zum Testen von Federgabeln. Und so kam es dann auch: Ein Schweizer Fahrradhersteller zeigte alsbald Interesse an der Fortsetzung des Projekts. Aus diesem Grund hat das Projektteam in Zusammenarbeit mit dem Spin-off-Unternehmen Thelkin den Simulator optimiert und erweitert. Thelkin entwickelte dabei die Steuerung für die Aktuatoren, also die Antriebselemente, welche durch Bewegung den Untergrund für die Federgabel simulieren. Inzwischen ist es sogar möglich, beliebige Fahrräder auf dem Simulator einzusetzen. Die Vorderradaufhängung wird dabei im Simulator befestigt, das Hinterrad ist auf Rollen frei beweglich. Interessant für den Fahrradhersteller: Die Federgabel kann so auf ihre Stabilität und Dämpfungseigenschaften getestet werden.

«Die Sensoren stellen fest, wie stark angespannt der Muskel ist, daraus ergeben sich diverse Strategien, wie der Fahrer seine Muskelkraft optimal einsetzen kann.»

Dr. Daniel Baumgartner, Projektleiter, Institut für Mechanische Systeme (IMES)

Körperliche Belastung messen

Im Labor für Biomechanik des IMES stehen aber vor allem Fragestellungen hinsichtlich Mensch-Maschine-Interaktion im Vordergrund. Daniel Baumgartner will den Einfluss von Erschütterung auf den menschlichen Körper analysieren: «Einerseits haben wir die Pedale mit Sensoren ausgestattet, um die Tretleistung zu messen. Andererseits haben wir diverse Beschleunigungssensoren an verschiedenen Körperstellen wie beispielsweise Kopf und Handgelenken befestigt.» Auf diese Weise können die Beschleunigungen unter unterschiedlichen Bedingungen gemessen und verglichen werden. Neben der Beschleunigung lässt sich ausserdem die Muskelaktivität messen. «Die Sensoren stellen fest, wie stark angespannt der Muskel ist», so Daniel Baumgartner. «Daraus ergeben sich diverse Strategien, wie der Fahrer seine Muskelkraft optimal einsetzen kann.» Je nach dem, wie die Einstellungen am Fahrrad abgestimmt sind, hat die Erschütterung unterschiedlichen Einfluss.

Beliebige Fahrräder im Simulator einsetzbar

Eine Materialoptimierung aufgrund der Simulationsergebnisse kann für Fahrer wertvoll sein – im Spitzen- wie auch im Breitensport. Für viele Mountainbiker stellt sich die Frage: Bei welcher Dämpfungseinstellung brauche ich wie viel Energie? «Heute wird die Federung meist nach Gutdünken eingestellt, was selten optimal ist», so Daniel Baumgartner. «Ein zukünftiges Anwendungsszenario wäre womöglich das Testen von Fahrrädern und deren Einstellungen im Sportfachgeschäft, so wie man heute bereits Laufschuhe vor dem Kauf testet, um herauszufinden, welcher Schuh sich am besten für die individuellen Laufeigenschaften eignet oder welche Einlagen benötigt werden.» Ausserdem soll der Simulator noch dahingehend weiterentwickelt werden, dass die Erschütterung auch auf das Hinterrad übertragen wird. Diese Optimierung könnte laut Baumgartner durch künftige Bachelor- und Masterarbeiten unterstützt werden.

Medienberichte

Über das Projekt «Bike Simulator» wurde in den Medien berichtet:

    Auf einen Blick

    Beteiligte Institute und Zentren:

    Projektpartner:

    Finanzierung: Industriepartner

    Projektstatus: laufend